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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩIR2​AR4​15 ΩB

Trouvez le courant IR2 dans R2.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
IR2 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 10 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​25 Ω

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

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 ΩR6 = 25 Ω
IR1 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​4 Ω+−V1​15 VI1​R2​5 Ω+−V2​10 VR3​4 Ω+−V3​18 VA

Trois branches sont branchées entre le nœud A et la masse, comme représenté. Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant I1 dans la branche 1, circulant vers le haut jusqu’au nœud A dans le sens de la flèche.

V1 = 15 VR1 = 4 ΩV2 = 10 VR2 = 5 ΩV3 = 18 VR3 = 4 Ω
I1 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 15 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 3 ΩIR4​+−V1​24 VR3​12 ΩAR5​30 ΩBIs​4 A−+V2​36 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR4 dans R4 dans le sens de la flèche.

V1 = 24 VIs = 4 AV2 = 36 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 Ω
IR4 = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAab

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

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​30 ΩAIs​3 ABRL​12 ΩIL​

Une charge RL = 12 Ω est branchée entre a et b. Remplacez le reste du circuit par son équivalent de Thévenin et trouvez le courant de charge IL.

V1 = 36 VIs = 3 AR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 3 ΩRL = 12 Ω
IL = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
R = 20 Ωt = 0L33 mHi(t)

La bobine est parcourue par un courant permanent de 2 A. À t = 0, l’interrupteur ferme la boucle à travers R et la source est retirée, donc le courant de la bobine décroît à travers R. Combien de temps faut-il pour que le courant descende à 0,5 A ? Trouvez t.

i(0) = 2 AR = 20 ΩL = 33 mH
t = ms
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​10 VR1​ = 10 ΩR2​ = 10 Ωse ferme à t = 0L22 mHi(t)

L’interrupteur aux bornes de R2 est ouvert depuis longtemps, donc le courant de la bobine est permanent. À t = 0, l’interrupteur se ferme et court-circuite R2. Trouvez le courant de la bobine i à t = 5 ms.

Vs = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩL = 22 mHt = 5 ms
i = A
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
Vf0​ = 100 HzRL = 100 mHC = ?

Un circuit RLC série avec L = 100 mH doit résonner à 100 Hz. Trouvez la capacité C nécessaire.

f0 = 100 HzL = 100 mH
C = µF
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
2 Vf0​R = 50 ΩL = 200 mHC = 2,2 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 = 50 ΩL = 200 mHC = 2,2 µF
VL = V
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
240 VZ20 + j15 ΩI

Une charge d’impédance Z = 20 + j15 Ω est branchée sur une alimentation monophasée de 240 V (efficace). Trouvez la puissance réactive Q qu’elle absorbe.

V = 240 VZ = 20 + j15 Ω
Q = var
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Une charge monophasée absorbe 5 kW avec un facteur de puissance de 0,6 inductif sous 230 V, 60 Hz. Un condensateur branché en parallèle relève le facteur de puissance à 0,95. Trouvez le nouveau courant de ligne Inew.

P = 5 kWpf1 = 0,6pf2 = 0,95V = 230 Vf = 60 Hz
Inew = A
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 690 VIL​ = 10 Acos φ = 0,88inductif

Une charge triphasée équilibrée absorbe un courant de ligne de 10 A sur un réseau de tension composée 690 V. Le facteur de puissance vaut 0,88 (inductif). Trouvez la puissance active totale P absorbée par la charge, en kW.

VL = 690 VIL = 10 Acos φ = 0,88
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​

Une charge triphasée équilibrée absorbe 100 kW avec un facteur de puissance de 0,78 (inductif) sur un réseau de 690 V (tension composée), 50 Hz. Une batterie de condensateurs triphasée branchée en parallèle avec la charge doit relever le facteur de puissance global à 0,9 (inductif). La puissance active reste la même. Les condensateurs sont couplés en étoile (Y). Trouvez la capacité Cph de chaque condensateur, en µF.

P = 100 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,9VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformateursMoyen
RL​ = 15 Ω511150 VV2​I1​ = ?I2​

Un transformateur parfait de rapport N₁:N₂ = 5:1 a son enroulement primaire sous 1150 V. Une résistance de 15 Ω est branchée aux bornes de l’enroulement secondaire. Trouvez le courant primaire I1.

N1:N2 = 5:1V1 = 1150 VRL = 15 Ω
I1 = A
16.TransformateursDifficile
pf 0,8150 kVA, η = 98,2%

Un transformateur monophasé de 150 kVA a des pertes fer de 450 W. À charge nominale et avec un facteur de puissance de 0,8 (inductif), son rendement est de 98,2 %. Trouvez les pertes cuivre à pleine charge Pcu,fl en watts.

S = 150 kVAPcore = 450 Wpf = 0,8η = 98,2%
Pcu,fl = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR2 = 0,5159 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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​5 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 5·23/(5+23) = 4,107 Ω
Req = R1 + 4,107 = 15 + 4,107 = 19,11 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 = 12/19,11 = 0,628 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 = 12 − 0,628·15 = 2,579 V
IR2 = VA/R2 = 2,579/5 = 0,5159 A

Réponse

IR2 = 0,5159 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 1,911 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​ = 10 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​25 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 = 4 + 25 = 29 Ω
R4 ∥ 29 = 7,436 Ω
R3 + 7,436 = 17,44 Ω
R2 ∥ 17,44 = 2,56 Ω
Req = R1 + 2,56 = 10 + 2,56 = 12,56 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 = 24/12,56 = 1,911 A

Réponse

IR1 = 1,911 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: I1 = 0,08929 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

Prenez le fil du bas comme masse. Chaque branche emporte depuis A un courant (VA − Vk)/Rk, où Vk est la tension de sa source (zéro pour une simple résistance). La somme des courants sortant de A est nulle.

(VA − 15)/4 + (VA − 10)/5 + (VA − 18)/4 = 0

Trouver VA

VA = (15/4 + 10/5 + 18/4) / (1/4 + 1/5 + 1/4) = 10,25/0,7 = 14,64 V

Courant de branche

La flèche est orientée vers le haut dans la branche, vers le nœud A.

I1 = (15 − VA)/R1 = (15 − 14,64)/4 = 0,08929 A

Réponse

I1 = 0,08929 A

Un résultat négatif signifie que le courant réel circule à l’opposé de la flèche.

4.Méthode des nœuds

Réponse: IR4 = 7,11 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​ = 15 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​24 VR3​12 ΩAR5​30 ΩBIs​4 A−+V2​36 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 24 V, V2 = −36 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/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/12 + (VA − 24)/15 + (VA − VB)/3 = 0
0,4833·VA − 0,3333·VB = 1,6

Loi des nœuds au nœud B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/30 + (VB − VA)/3 + (VB − (−36))/3 = 4
−0,3333·VA + 0,7·VB = −8

Résoudre

Δ = (0,4833)(0,7) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2272
VA = Δ1/Δ = −1,547/0,2272 = −6,807 V
VB = Δ2/Δ = −3,333/0,2272 = −14,67 V

Réponse

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−14,67 − −36)/3 = 7,11 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 6,522 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​ = 8 ΩR3​ = 15 ΩCOURT-CIRCUITR2​15 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 = 8·15/(8+15) = 5,217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,217 + 15 = 20,22 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 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) = 10·15/(8+15) = 6,522 V
6.Thévenin et Norton

Réponse: IL = 2,644 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​ = 3 ΩCOURT-CIRCUITR2​30 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 = 8·30/(8+30) = 6,316 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,316 + 3 = 9,316 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​30 ΩAIs​3 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) = 28,42 + 3·6,316 = 47,37 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 47,37 + 3·3 = 56,37 V
Rth​ = 9,316 Ω+−Vth​56,37 VRL​12 ΩIL​

Brancher la charge sur l’équivalent de Thévenin

La source de Thévenin et R_th en série se comportent exactement comme le circuit d’origine en a–b, donc la charge voit une simple boucle série.

IL = Vth/(Rth + RL) = 56,37/(9,316 + 12) = 2,644 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 2,287 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

τ = L/R = 33 mH / 20 Ω = 1,65 ms

Isoler le temps

0,5 = 2·e−t/τ → t = τ·ln(2/0,5)
t = 1,65·ln(4) = 2,287 ms

Réponse

t = 2,287 ms
8.Transitoires RC et RL

Réponse: i = 0,9485 A

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.

Valeur initiale, valeur finale, constante de temps

Avant t = 0, les deux résistances sont dans la boucle ; ensuite, l’interrupteur fermé court-circuite R₂.

i(0) = 10/(10 + 10) = 0,5 A
i(∞) = 10/10 = 1 A
τ = L/R = 22/10 = 2,2 ms
i(t) = 1 + (0,5 − 1)·e−t/τ

Courant à l’instant donné

i(5) = 1 + (−0,5)·e−5/2,2 = 0,9485 A

Réponse

i = 0,9485 A
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: C = 25,33 µF

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|.

Condition de résonance

À la résonance, les réactances inductive et capacitive s’annulent : ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·100 = 628,3 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(628,3²·0,1) = 25,33 µF

Réponse

C = 25,33 µF
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: VL = 12,06 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/√(0,2·2,2·10⁻⁶) = 1508 rad/s
I = V/R = 2/50 = 0,04 A

Tension aux bornes de la bobine

XL = ω₀L = 1508·0,2 = 301,5 Ω
VL = I·XL = 0,04·301,5 = 12,06 V

Réponse

VL = 12,06 V

Cela fait Q = 6,03 fois la tension d’alimentation.

11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: Q = 1382 var

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.

Courant

|Z| = √(20² + 15²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 240/25 = 9,6 A

Puissance réactive

Q = I²·X = 9,6²·15 = 1382 var

Réponse

Q = 1382 var
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: Inew = 22,88 A

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.

Puissance réactive avant et après

La puissance active P ne change pas ; seule la puissance réactive prélevée sur le réseau change.

Q1 = P·tan φ1 = 5·tan(53,13°) = 6,667 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(18,19°) = 1,643 kvar
QC = Q1 − Q2 = 5,023 kvar

Nouveau courant de ligne

Inew = P/(V·cos φ2) = 5000/(230·0,95) = 22,88 A

Réponse

Inew = 22,88 A
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 10,52 kW

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 apparente

S = √3·VL·IL = √3·690·10 = 11,95 kVA

Puissance active

P = S·cos φ = 11,95·0,88 = 10,52 kW

Réponse

P = 10,52 kW
14.Puissance triphasée

Réponse: Cph = 212,6 µF

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 = 100·tan(acos 0,78) = 100·0,8023 = 80,23 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,9) = 100·0,4843 = 48,43 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 31,8 kvar

Capacité par phase

Dans une batterie en étoile, chaque condensateur est branché entre une phase et le point neutre.

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 10599/(314,2·398,4²) = 212,6 µF

Réponse

Cph = 212,6 µF
15.Transformateurs

Réponse: I1 = 3,067 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.

Tension et courant secondaires

V2 = 1150/5 = 230 V
I2 = 230/15 = 15,33 A

Courant primaire

Un transformateur parfait n’a pas de pertes : V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/5 = 3,067 A

Réponse

I1 = 3,067 A

Vérification : la charge vue du primaire vaut a²·RL = 375 Ω, et 1150/375 donne le même courant.

16.Transformateurs

Réponse: Pcu,fl = 1750 W

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.

Puissances utile et absorbée

Pout = 150·0,8 = 120 kW
Pin = 120000/0,982 = 122200 W

Pertes totales et pertes cuivre

Ploss = 122200 − 120000 = 2200 W
Pcu,fl = 2200 − 450 = 1750 W

Réponse

Pcu,fl = 1750 W

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