Électrotechnique générale : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 16 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Résistances en série et en parallèle

Résistances en série
Req = R1 + R2 + …
Résistances en parallèle
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Deux en parallèle
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Loi d’Ohm
V = I·R
Puissance
P = V·I = I²R = V²/R

Méthode

  1. Commencez par l’extrémité du réseau la plus éloignée des bornes.
  2. Associez les résistances en série en les additionnant, et les résistances en parallèle avec 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Redessinez le circuit après chaque étape.
  4. Recommencez jusqu’à ce qu’il ne reste qu’une résistance entre les bornes.

Méthode des nœuds

Loi des nœuds de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Courant de branche
I = (Va − Vb)/R
Nœud de référence
Vground = 0

Méthode

  1. Choisissez un nœud de référence (la masse) et nommez les potentiels des autres nœuds.
  2. Écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu : les courants qui sortent par chaque branche égalent les courants qui entrent.
  3. Exprimez chaque courant de branche sous la forme (Va − Vb)/R.
  4. Résolvez le système d’équations, puis trouvez les courants demandés.

Thévenin et Norton

Tension de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Résistance de Thévenin
Rth : toutes les sources éteintes, vue depuis a–b
Courant de Norton
IN = Vth/Rth
Courant de charge
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfert de puissance maximal
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Méthode

  1. Retirez la charge et repérez les deux bornes a et b.
  2. Trouvez la tension à vide entre a et b : c’est Vth.
  3. Éteignez toutes les sources indépendantes et trouvez la résistance vue des bornes a–b : c’est Rth.
  4. Rebranchez la charge sur le circuit équivalent : Vth en série avec Rth.
  5. Pour l’équivalent de Norton, convertissez : IN = Vth/Rth, avec RN = Rth en parallèle.

Transitoires RC et RL

Constante de temps
τ = RC | τ = L/R
Réponse
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Condensateur en continu
circuit ouvert ; vC ne peut pas sauter
Bobine en continu
court-circuit ; iL ne peut pas sauter
Régime établi
t ≈ 5τ

Méthode

  1. Trouvez la valeur initiale juste après la commutation : la tension d’un condensateur et le courant d’une bobine ne peuvent pas varier brusquement.
  2. Trouvez la valeur finale longtemps après la commutation : un condensateur se comporte comme un circuit ouvert, une bobine comme un court-circuit.
  3. Trouvez la constante de temps : τ = RC ou τ = L/R, avec la résistance vue par le condensateur ou la bobine.
  4. Utilisez x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impédance et phaseurs en alternatif

Impédances
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Pulsation
ω = 2πf
Module et argument
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Loi d’Ohm en phaseurs
V = I·Z

Méthode

  1. Convertissez la fréquence : ω = 2πf.
  2. Trouvez chaque réactance : XL = ωL et XC = 1/(ωC).
  3. Additionnez les impédances comme des résistances, avec Z = R + jX.
  4. Trouvez le module |Z| = √(R² + X²) et l’argument φ = atan(X/R), puis appliquez la loi d’Ohm avec les phaseurs.

Puissance alternative et facteur de puissance

Puissance active
P = V·I·cos φ
Puissance réactive
Q = V·I·sin φ
Puissance apparente
S = V·I = √(P² + Q²)
Facteur de puissance
pf = cos φ = P/S
Condensateur de compensation
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Puissance triphasée

Couplage en étoile (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Couplage en triangle (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Puissance active totale
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Puissances apparente et réactive
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Condensateurs de compensation
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tension aux bornes de chaque condensateur
Δ : VL Y : VL/√3
Puissance absorbée par le moteur
Pin = Pout/η

Transformateurs

Rapport de transformation
a = N1/N2 = V1/V2
Rapport des courants
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Courant nominal
I = S/V
Impédance ramenée
Z1′ = a²·ZL
Pertes cuivre à charge partielle
Pcu = x²·Pcu,fl
Rendement
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Rendement maximal
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Exercices

1.Résistances en série et en parallèleMoyen
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​15 ΩB

Trouvez le courant IR1 fourni par la source, qui traverse R1.

V1 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩIR2​AR4​20 ΩBR6​20 Ω

Trouvez le courant IR2 dans R2.

V1 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 ΩR5 = 2 ΩR6 = 20 Ω
IR2 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 ΩIR3​+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR3 dans R3 dans le sens de la flèche.

V1 = 18 VIs = 4 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 Ω
IR3 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​3 ΩIR4​B0,05·VA​

Le losange est une source de courant commandée en tension qui injecte un courant de 0,05·VA (en A, avec VA en V) vers le haut dans le nœud B. Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR4 dans R4 dans le sens de la flèche.

V1 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 Ωg = 0,05 A/V
IR4 = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAab

Trouvez la tension de Thévenin Vth vue des bornes a–b.

V1 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAIs​1,5 ABab

Trouvez le courant de Norton IN : le courant qui circule de a vers b si les bornes sont court-circuitées.

V1 = 15 VIs = 1,5 AR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​5 Vt = 0R = 100 ΩL150 mHi(t)

La bobine n’est parcourue par aucun courant avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0. Combien de temps après la fermeture de l’interrupteur le courant atteint-il 90 % de sa valeur finale ? Trouvez t.

Vs = 5 VR = 100 ΩL = 150 mH
t = ms
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C10 µF+−vC​

Un temporisateur commence à t = 0 à charger un condensateur déchargé à travers une résistance à partir d’une alimentation de 12 V. Il doit se déclencher quand la tension du condensateur atteint 7,2 V, exactement 500 ms après le départ. Avec C = 10 µF, trouvez la résistance R nécessaire.

Vs = 12 VVth = 7,2 VT = 500 msC = 10 µF
R = kΩ
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
230 V1000 HzR = 80 ΩL = 20 mHC = 22 µF

Un circuit RLC série est alimenté sous 230 V (efficaces), 1000 Hz. Trouvez le déphasage φ de l’impédance, en degrés (positif quand le courant est en retard sur la tension).

V = 230 V (rms)f = 1000 HzR = 80 ΩL = 20 mHC = 22 µF
φ = °
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
2 Vf0​R = 5 ΩL = 200 mHC = 4,7 µF

Un circuit RLC série est alimenté par une source de 2 V (efficace) dont la fréquence est réglée sur la fréquence de résonance du circuit. Trouvez la tension efficace VL aux bornes de la bobine.

V = 2 V (rms)R = 5 ΩL = 200 mHC = 4,7 µF
VL = V
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
230 VR + jXP = 1035 W5 A

Une charge inductive absorbe 5 A et 1035 W sur une alimentation monophasée de 230 V (efficace). Modélisez-la par une résistance R en série avec une réactance X. Trouvez X.

V = 230 VI = 5 AP = 1035 W
X = Ω
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
50 V1000 HzRs​ = 20 ΩXs​ = j6 ΩZL​ = ?

Une source de 50 V (efficace), 1000 Hz a une impédance interne Zs = 20 + j6 Ω. L’impédance de charge ZL peut être choisie librement. Trouvez la puissance active maximale Pmax qui peut être fournie à la charge.

Vs = 50 V (rms)f = 1000 HzZs = 20 + j6 Ω
Pmax = W
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 400 VIL​ = ?M15 kW, η = 93%cos φ = 0,85

Un moteur asynchrone triphasé fournit 15 kW de puissance mécanique utile à pleine charge. À cette charge, son rendement est de 93 % et son facteur de puissance vaut 0,85 (inductif). Le réseau a une tension composée de 400 V. Trouvez le courant de ligne IL.

Pout = 15 kWη = 93%cos φ = 0,85VL = 400 V
IL = A
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Une charge triphasée équilibrée absorbe 60 kW avec un facteur de puissance de 0,8 (inductif) sur un réseau de 480 V (tension composée), 50 Hz. Une batterie de condensateurs triphasée branchée en parallèle avec la charge doit relever le facteur de puissance global à 0,95 (inductif). La puissance active reste la même. Trouvez la puissance réactive totale QC que doit fournir la batterie de condensateurs, en kvar.

P = 60 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformateursMoyen
480 V240 VIHV​ILV​ = ?500 kVA

Un transformateur monophasé de 500 kVA, 480/240 V fonctionne à sa charge nominale. Considérez-le comme parfait. Trouvez le courant ILV dans l’enroulement basse tension.

S = 500 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
ILV = A
16.TransformateursDifficile
150 kVA

Un transformateur monophasé de 150 kVA a des pertes fer de 1200 W et des pertes cuivre de 2400 W à charge nominale. À quelle charge Sη,max, en kVA, son rendement est-il maximal ?

S = 150 kVAPcore = 1200 WPcu,fl = 2400 W
Sη,max = kVA

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 1,76 A

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​15 ΩB

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R3 + R4 = 5 + 15 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Req = R1 + 1,818 = 5 + 1,818 = 6,818 Ω

Courant fourni par la source

La source ne voit que Req, donc la loi d’Ohm donne le courant qu’elle fournit. Ce courant traverse R₁.

IR1 = V1/Req = 12/6,818 = 1,76 A

Réponse

IR1 = 1,76 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR2 = 2,357 A

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBR6​20 Ω

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R5 + R6 = 2 + 20 = 22 Ω
R4 ∥ 22 = 10,48 Ω
R3 + 10,48 = 16,48 Ω
R2 ∥ 16,48 = 1,784 Ω
Req = R1 + 1,784 = 2 + 1,784 = 3,784 Ω

Courant fourni par la source

La source ne voit que Req, donc la loi d’Ohm donne le courant qu’elle fournit. Ce courant traverse R₁.

IR1 = V1/Req = 10/3,784 = 2,643 A

Courant dans R₂

Retranchez la chute de tension dans R₁ pour obtenir la tension au nœud A, qui est la tension aux bornes de R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 2,643·2 = 4,714 V
IR2 = VA/R2 = 4,714/2 = 2,357 A

Réponse

IR2 = 2,357 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: IR3 = −0,6207 A

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

R1​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 18 V). Inconnues : VA, VB.

Loi des nœuds au nœud A

Les courants qui quittent A par les résistances égalent le courant injecté dans A par les sources.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/4 + (VA − 18)/8 + (VA − VB)/4 = 0
0,625·VA − 0,25·VB = 2,25

Loi des nœuds au nœud B

Les courants qui quittent B par les résistances égalent le courant injecté dans B par les sources.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/3 + (VB − VA)/4 = 4
−0,25·VA + 0,5833·VB = 4

Résoudre

Δ = (0,625)(0,5833) − (−0,25)(−0,25) = 0,3021
VA = Δ1/Δ = 2,313/0,3021 = 7,655 V
VB = Δ2/Δ = 3,063/0,3021 = 10,14 V

Réponse

IR3 = (VA − VB)/R3 = (7,655 − 10,14)/4 = −0,6207 A
4.Méthode des nœuds

Réponse: IR4 = 0,07906 A

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

Loi des nœuds en A

Les courants sortant de A par les résistances sont égaux au courant injecté dans A par les sources.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,6917·VA − 0,125·VB = 0,4

Loi des nœuds en B

La source commandée injecte g·VA dans le nœud B. Traitez-la comme une source indépendante, puis faites passer le terme en VA dans le membre de gauche.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,175·VA + 0,4583·VB = 0

Résoudre

Δ = (0,6917)(0,4583) − (−0,125)(−0,175) = 0,2951
VA = Δ1/Δ = 0,1833/0,2951 = 0,6212 V
VB = Δ2/Δ = 0,07/0,2951 = 0,2372 V

Courant dans R₄

IR4 = VB/R4 = 0,2372/3 = 0,07906 A

Réponse

IR4 = 0,07906 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 5,538 V

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 20 ΩR3​ = 20 ΩCOURT-CIRCUITR2​6 ΩAabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 20·6/(20+6) = 4,615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,615 + 20 = 24,62 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, aucun courant ne traverse R₃, donc aucune chute de tension et V_b = V_A. R₁ et R₂ forment un pont diviseur.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 24·6/(20+6) = 5,538 V
6.Thévenin et Norton

Réponse: IN = 1,979 A

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 8 ΩR3​ = 10 ΩCOURT-CIRCUITR2​6 ΩAOUVERTBabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 8·6/(8+6) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 10 = 13,43 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAIs​1,5 ABab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, le seul chemin pour Iₛ passe par R₃ vers le nœud A. Trouvez V_A par superposition de V₁ et Iₛ, puis ajoutez la chute de tension dans R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 6,429 + 1,5·3,429 = 11,57 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11,57 + 1,5·10 = 26,57 V
IN​1,979 ARth​13,43 Ωab

Équivalent de Norton

Une source de Norton est le même circuit vu comme une source de courant en parallèle avec R_th. Son courant est le courant de court-circuit en a–b.

IN = Vth/Rth = 26,57/13,43 = 1,979 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 3,454 ms

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Constante de temps et courant final

Longtemps après la fermeture, la bobine se comporte comme un court-circuit, donc le courant final est fixé par R seule.

τ = L/R = 150 mH / 100 Ω = 1,5 ms
i(∞) = Vs/R = 5/100 = 0,05 A

Isoler le temps

0,9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,9)
t = −1,5·ln(0,1) = 3,454 ms

Réponse

t = 3,454 ms
8.Transitoires RC et RL

Réponse: R = 54,57 kΩ

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Constante de temps requise

7,2 = 12·(1 − e−500/τ) → τ = 500/ln(12/(12 − 7,2))
τ = 500/0,9163 = 545,7 ms

Résistance

Des kΩ multipliés par des µF donnent des millisecondes.

R = τ/C = 545,7/10 = 54,57 kΩ

Réponse

R = 54,57 kΩ
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: φ = 55,96 °

Circuits alternatifs et phaseurs : résistances, bobines et condensateurs ont pour impédances R, jωL et 1/(jωC), avec ω = 2πf. En série, les impédances s’additionnent comme des résistances, mais en nombres complexes. Courant et tension efficaces suivent la loi d’Ohm avec |Z|.

Réactances

ω = 2πf = 2π·1000 = 6283 rad/s
XL = ωL = 6283·0,02 = 125,7 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(6283·22·10⁻⁶) = 7,234 Ω

Impédance

En série, les impédances s’additionnent comme des nombres complexes : Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (118,4)²) = 142,9 Ω

Déphasage

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(118,4/80) = 55,96°

Réponse

φ = 55,96°
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: VL = 82,51 V

Circuits alternatifs et phaseurs : résistances, bobines et condensateurs ont pour impédances R, jωL et 1/(jωC), avec ω = 2πf. En série, les impédances s’additionnent comme des résistances, mais en nombres complexes. Courant et tension efficaces suivent la loi d’Ohm avec |Z|.

Résonance

À la résonance, les réactances s’annulent, donc l’impédance se réduit à R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,2·4,7·10⁻⁶) = 1031 rad/s
I = V/R = 2/5 = 0,4 A

Tension aux bornes de la bobine

XL = ω₀L = 1031·0,2 = 206,3 Ω
VL = I·XL = 0,4·206,3 = 82,51 V

Réponse

VL = 82,51 V

Cela fait Q = 41,26 fois la tension d’alimentation.

11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: X = 20,05 Ω

Puissance en alternatif : la puissance apparente S = V·I (VA) se partage entre la puissance active P = S·cos φ (W), qui fournit un travail utile, et la puissance réactive Q = S·sin φ (var), qui fait des allers-retours entre source et charge. Le facteur de puissance est cos φ. Un condensateur en parallèle fournit la puissance réactive sur place, donc le courant de ligne baisse pour la même puissance active.

Résistance d’après la puissance active

R = P/I² = 1035/5² = 41,4 Ω

Réactance d’après l’impédance

|Z| = V/I = 230/5 = 46 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(46² − 41,4²) = 20,05 Ω

Réponse

X = 20,05 Ω
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: Pmax = 31,25 W

Puissance en alternatif : la puissance apparente S = V·I (VA) se partage entre la puissance active P = S·cos φ (W), qui fournit un travail utile, et la puissance réactive Q = S·sin φ (var), qui fait des allers-retours entre source et charge. Le facteur de puissance est cos φ. Un condensateur en parallèle fournit la puissance réactive sur place, donc le courant de ligne baisse pour la même puissance active.

Adaptation conjuguée

La réactance de la charge compense celle de la source, et la résistance de la charge est égale à celle de la source.

ZL = Zs* = 20 − j6 Ω

Puissance maximale

I = Vs/(2Rs) = 50/40 = 1,25 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 50²/(4·20) = 31,25 W

Réponse

Pmax = 31,25 W
13.Puissance triphasée

Réponse: IL = 27,39 A

Systèmes triphasés équilibrés : en couplage étoile (Y), la tension composée vaut √3 fois la tension simple, VL = √3·Vph, et le courant de ligne est égal au courant de phase. En couplage triangle (Δ), la tension composée est égale à la tension de phase et le courant de ligne vaut √3 fois le courant de phase, IL = √3·Iph. La puissance totale vaut trois fois la puissance d’une phase : P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Puissance électrique absorbée

Pin = Pout/η = 15/0,93 = 16,13 kW

Courant de ligne

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 16129/(√3·400·0,85) = 27,39 A

Réponse

IL = 27,39 A
14.Puissance triphasée

Réponse: QC = 25,28 kvar

Systèmes triphasés équilibrés : en couplage étoile (Y), la tension composée vaut √3 fois la tension simple, VL = √3·Vph, et le courant de ligne est égal au courant de phase. En couplage triangle (Δ), la tension composée est égale à la tension de phase et le courant de ligne vaut √3 fois le courant de phase, IL = √3·Iph. La puissance totale vaut trois fois la puissance d’une phase : P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Compensation du facteur de puissance : les condensateurs fournissent localement de la puissance réactive, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Chacun des trois condensateurs fournit QC/3 = V²·ω·C, où V est la tension aux bornes de ce condensateur : VL dans une batterie en triangle, VL/√3 dans une batterie en étoile.

Puissance réactive avant et après

La puissance active ne change pas ; chaque facteur de puissance fixe donc la puissance réactive : Q = P·tan φ.

Q1 = 60·tan(acos 0,8) = 60·0,75 = 45 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0,95) = 60·0,3287 = 19,72 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 25,28 kvar

Réponse

QC = 25,28 kvar
15.Transformateurs

Réponse: ILV = 2083 A

Transformateur parfait : les tensions sont dans le rapport des nombres de spires et les courants dans le rapport inverse : V₁/V₂ = N₁/N₂ = a et I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a ; la puissance absorbée est donc égale à la puissance fournie, V₁·I₁ = V₂·I₂. Une impédance de charge Z au secondaire est vue comme a²·Z depuis le primaire.

Courant nominal

Les deux enroulements transmettent la même puissance apparente.

ILV = S/V = 500000/240 = 2083 A

Réponse

ILV = 2083 A
16.Transformateurs

Réponse: Sη,max = 106,1 kVA

Pertes d’un transformateur : les pertes fer (hystérésis et courants de Foucault) dépendent de la tension et sont les mêmes quelle que soit la charge. Les pertes cuivre dans les enroulements varient comme le carré du courant : à une fraction x de la charge nominale, elles valent x²·Pcu,fl. Rendement η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), avec Pout = x·S·pf. Le rendement est maximal pour la charge à laquelle les pertes cuivre égalent les pertes fer.

Pertes cuivre égales aux pertes fer

x²·2400 = 1200 → x = √(1200/2400) = 0,7071

Charge au rendement maximal

Sη,max = x·S = 0,7071·150 = 106,1 kVA

Réponse

Sη,max = 106,1 kVA

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