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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​12 ΩB

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​25 Ω

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 ΩR5 = 3 ΩR6 = 25 Ω
Req = Ω
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​5 A

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR1 dans R1 dans le sens de la flèche.

V1 = 15 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 12 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩAR5​20 ΩBIs​1 A+−V2​10 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le potentiel du nœud VB (par rapport à la masse).

V1 = 12 VIs = 1 AV2 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 3 ΩR5 = 20 Ω
VB = V
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAab

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

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAIs​2 ABRL​10 ΩIL​

Une charge RL = 10 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 = 9 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩRL = 10 Ω
IL = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​10 Vt = 0R = 20 ΩL68 mHi(t)

La bobine n’est parcourue par aucun courant avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0. Trouvez le courant i à t = 5 ms.

Vs = 10 VR = 20 ΩL = 68 mHt = 5 ms
i = A
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​12 Vt = 0R = 3,3 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Juste avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0, le condensateur est chargé à 6 V avec la polarité indiquée. Combien de temps faut-il à vC pour atteindre 10,8 V ? Trouvez t.

Vs = 12 VR = 3,3 kΩC = 220 µFvC(0) = 6 V
t = ms
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
50 V200 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 4,7 µFI

Un circuit RLC série est alimenté sous 50 V (efficaces), 200 Hz. Trouvez la puissance active P prélevée sur l’alimentation.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 4,7 µF
P = W
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
VfR = 5 ΩL = 1 mHC = 1 µF

Un circuit RLC série a R = 5 Ω, L = 1 mH et C = 1 µF. Trouvez sa bande passante B (la largeur de la bande comprise entre les fréquences de demi-puissance), en Hz.

R = 5 ΩL = 1 mHC = 1 µF
B = Hz
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
400 V114 kW, 0,8218 kW, 1I = ?

Deux charges sont branchées en parallèle sur une alimentation monophasée de 400 V : une charge de 14 kW avec un facteur de puissance de 0,8 inductif et un radiateur de 18 kW (facteur de puissance unitaire). Trouvez le courant total I prélevé sur l’alimentation.

V = 400 VP1 = 14 kW, pf1 = 0,8 inductifP2 = 18 kW, pf2 = 1
I = A
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
400 V50 Hzcharge4 kW, 0,65C22 µFI = ?

Une charge monophasée absorbe 4 kW avec un facteur de puissance de 0,65 inductif sur une alimentation de 400 V, 50 Hz. Un condensateur de 22 µF est branché en parallèle sur la charge. Trouvez le nouveau courant de ligne I.

P = 4 kWpf1 = 0,65V = 400 Vf = 50 HzC = 22 µF
I = A
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M18,5 kW, η = 90%cos φ = 0,86

Un moteur asynchrone triphasé fournit 18,5 kW de puissance mécanique utile à pleine charge. À cette charge, son rendement est de 90 % et son facteur de puissance vaut 0,86 (inductif). Le réseau a une tension composée de 415 V. Trouvez le courant de ligne IL.

Pout = 18,5 kWη = 90%cos φ = 0,86VL = 415 V
IL = A
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Une charge triphasée équilibrée absorbe 50 kW avec un facteur de puissance de 0,75 (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 0,92 (inductif). La puissance active reste la même. Trouvez la puissance réactive totale QC que doit fournir la batterie de condensateurs, en kvar.

P = 50 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformateursMoyen
10 Ω101

Une résistance de 10 Ω est branchée aux bornes de l’enroulement secondaire d’un transformateur parfait de rapport N₁:N₂ = 10:1. Trouvez la résistance R1′ vue depuis l’enroulement primaire.

N1:N2 = 10:1RL = 10 Ω
R1′ = Ω
16.TransformateursDifficile
500 kVA

Un transformateur monophasé de 500 kVA a des pertes fer de 2000 W et des pertes cuivre de 8000 W à charge nominale. À quelle charge Sη,max, en kVA, son rendement est-il maximal ?

S = 500 kVAPcore = 2000 WPcu,fl = 8000 W
Sη,max = kVA

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 11,87 Ω

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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​12 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 = 10 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 8·22/(8+22) = 5,867 Ω
Req = R1 + 5,867 = 6 + 5,867 = 11,87 Ω

Réponse

Req = 11,87 Ω
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 9,794 Ω

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​ = 10 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAR4​8 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 = 3 + 25 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 6,222 Ω
R3 + 6,222 = 16,22 Ω
R2 ∥ 16,22 = 7,794 Ω
Req = R1 + 7,794 = 2 + 7,794 = 9,794 Ω

Réponse

Req = 9,794 Ω
3.Méthode des nœuds

Réponse: IR1 = 2,633 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​15 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​5 A

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 15 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/12 + (VA − 15)/8 + (VA − VB)/4 = 0
0,4583·VA − 0,25·VB = 1,875

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/10 + (VB − VA)/4 = (−5)
−0,25·VA + 0,35·VB = −5

Résoudre

Δ = (0,4583)(0,35) − (−0,25)(−0,25) = 0,09792
VA = Δ1/Δ = −0,5938/0,09792 = −6,064 V
VB = Δ2/Δ = −1,823/0,09792 = −18,62 V

Réponse

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (15 − −6,064)/8 = 2,633 A
4.Méthode des nœuds

Réponse: VB = 9,194 V

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​ = 12 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩAR5​20 ΩBIs​1 A+−V2​10 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 12 V, V2 = 10 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/3 + (VA − 12)/12 + (VA − VB)/6 = 0
0,5833·VA − 0,1667·VB = 1

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/20 + (VB − VA)/6 + (VB − 10)/3 = 1
−0,1667·VA + 0,55·VB = 4,333

Résoudre

Δ = (0,5833)(0,55) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,2931
VA = Δ1/Δ = 1,272/0,2931 = 4,341 V
VB = Δ2/Δ = 2,694/0,2931 = 9,194 V

Réponse

VB = 9,194 V
5.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 3,846 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​ = 10 ΩCOURT-CIRCUITR2​5 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 = 8·5/(8+5) = 3,077 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,077 + 10 = 13,08 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​5 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) = 10·5/(8+5) = 3,846 V
6.Thévenin et Norton

Réponse: IL = −0,4355 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​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩCOURT-CIRCUITR2​12 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 = 2·12/(2+12) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 6 = 7,714 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAIs​2 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) = 7,714 + (−2)·1,714 = 4,286 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 4,286 + (−2)·6 = −7,714 V
Rth​ = 7,714 Ω−+Vth​7,714 VRL​10 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) = −7,714/(7,714 + 10) = −0,4355 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: i = 0,3851 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.

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 = 68 mH / 20 Ω = 3,4 ms
i(∞) = Vs/R = 10/20 = 0,5 A

Courant à l’instant donné

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,5·(1 − e−5/3,4) = 0,3851 A

Réponse

i = 0,3851 A
8.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 1168 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.

Valeur initiale, valeur finale, constante de temps

La tension d’un condensateur ne peut pas sauter : elle part de sa valeur stockée et tend vers la tension de la source.

vC(0) = 6 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 220 µF = 726 ms
vC(t) = 12 + (6 − 12)·e−t/τ

Isoler le temps

10,8 = 12 + (−6)·e−t/τ → e−t/τ = (10,8 − 12)/(6 − 12) = 0,2
t = τ·ln((6 − 12)/(10,8 − 12)) = 726·ln(5) = 1168 ms

Réponse

t = 1168 ms
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: P = 5,224 W

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

XL = 62,83 Ω, XC = 169,3 Ω

Impédance

|Z| = √(25² + (−106,5)²) = 109,4 Ω

Puissance active

Les bobines et les condensateurs ne font que stocker et restituer de l’énergie ; la résistance absorbe toute la puissance active.

I = 50/109,4 = 0,4571 A
P = I²·R = 0,4571²·25 = 5,224 W

Réponse

P = 5,224 W
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: B = 795,8 Hz

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|.

Fréquence de résonance

f0 = 1/(2π·√(0,001·1·10⁻⁶)) = 5033 Hz

Facteur de qualité

Q compare la réactance à la résonance à la résistance : Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/5)·√(0,001/(1·10⁻⁶)) = 6,325

Bande passante

B = f0/Q = 5033/6,325 = 795,8 Hz

Réponse

B = 795,8 Hz
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: I = 84,2 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 de chaque charge

Une charge inductive absorbe de la puissance réactive (Q > 0) ; une charge capacitive en fournit (Q < 0).

Q1 = 14·tan(arccos 0,8) = 10,5 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Totaux

P = 14 + 18 = 32 kW
Q = 10,5 + 0 = 10,5 kvar
S = √(32² + 10,5²) = 33,68 kVA

Courant total

I = S/V = 33679/400 = 84,2 A

Réponse

I = 84,2 A
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: I = 13,4 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 = 4·tan(arccos 0,65) = 4,677 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·50·22·10⁻⁶ = 1106 var = 1,106 kvar
Q2 = 4,677 − 1,106 = 3,571 kvar

Nouvelle puissance apparente

S2 = √(4² + 3,571²) = 5,362 kVA

Nouveau courant de ligne

I = S2/V = 5362/400 = 13,4 A

Réponse

I = 13,4 A
13.Puissance triphasée

Réponse: IL = 33,25 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 = 18,5/0,9 = 20,56 kW

Courant de ligne

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 20556/(√3·415·0,86) = 33,25 A

Réponse

IL = 33,25 A
14.Puissance triphasée

Réponse: QC = 22,8 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 = 50·tan(acos 0,75) = 50·0,8819 = 44,1 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,92) = 50·0,426 = 21,3 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 22,8 kvar

Réponse

QC = 22,8 kvar
15.Transformateurs

Réponse: R1′ = 1000 Ω

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.

Résistance ramenée

La tension est multipliée par a et le courant divisé par a ; le rapport V/I est donc multiplié par a².

R1′ = a²·RL = 10²·10 = 1000 Ω

Réponse

R1′ = 1000 Ω
16.Transformateurs

Réponse: Sη,max = 250 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

x²·8000 = 2000 → x = √(2000/8000) = 0,5

Charge au rendement maximal

Sη,max = x·S = 0,5·500 = 250 kVA

Réponse

Sη,max = 250 kVA

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