PERTES, ÉCHAUFFEMENT, RENDEMENT ET DIMENSIONS DES MACHINES ÉLECTRIQUES

La transformation d'énergie dans les machines comme les génératrices, les moteurs, les transformateurs, ne peut s'effectuer sans pertes . Ces pertes provoquent un échauffement de la machine et une diminution du rendement.
Les pertes et donc le rendement d'une machine varient avec la charge . On distingue les pertes mécaniques par frottement et les pertes électriques dans les conducteurs et dans le fer. Les pertes dans les conducteurs sont dues à l'effet Joule.
Les pertes massiques (W/kg) dépendent de la densité de courant utilisée, de la résistivité et de la masse volumique du conducteur. Les pertes dans le fer sont dues au phénomène d' hystérésis et aux courants de Foucault.
Les pertes massiques dans le fer dépendent de la densité de flux et de la fréquence, ou de la vitesse de rotation . L'utilisation de tôles minces permet de réduire les pertes par courants de Foucault . Des courbes fournies par les manufacturiers permettent d'évaluer les pertes dans le fer pour différents types d'acier .
L'échauffement permis pour les machines est établi par les organismes de normalisation. Les normes de température établissent différentes classes de température selon le type d'isolant . Chaque classe correspond à une température maximale permise, allant de 105 °C à 180 °C . Pour mesurer l'échauffement on peut déterminer directement la température du point chaud à l'aide d'un thermocouple ou déduire la température moyenne des enroulements en mesurant leur augmentation de résistance .

Finalement, nous avons étudié l'impact de la tension nominale, de la puissance nominale et de la vitesse nominale d'une machine, sur sa grosseur et son rendement. Retenons que : (1) la tension nominale d'une machine n'affecte pas ses dimensions ni son rendement,
(2) à vitesse constante, le rendement d'une machine augmente rapidement avec sa puissance nominale et
(3) à puissance constante, une machine est d'autant plus grosse que sa vitesse de rotation est plus basse .

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CIRCUITS TRIPHASÉS

Les circuits triphasés sont utilisés pour la production, le transport et la distribution de l'énergie électrique. ainsi que pour l'alimentation des charges importantes_ Nous avons vu qu'il existe deux façons de connecter les branches d'un circuit triphasé : le montage en étoile et le montage en triangle .

Il est important de retenir les relations entre les tensions ligne à ligne et les tensions ligne à neutre (montage en étoile), de même que les relations entre les courants de lignes et les courants de branches (montage en triangle) . Retenons aussi la formule S = EI\13 donnant la puissance apparente S d'un circuit triphasé équilibré en fonction de la tension E et du courant I de ligne. Ces relations font toutes intervenir le facteur i3 . Nous avons vu que la résolution d'un circuit triphasé équilibré est simplifiée en ne considérant qu'une seule phase. Nous avons aussi appris comment déterminer la séquence des phases et comment mesurer les puissances active et réactive dans un circuit à trois ou quatre fils .

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PUISSANCE ACTIVE, RÉACTIVE ET APPARENTE

Dans ce chapitre nous avons vu que tous les composants d'un circuit ou réseau électrique à courant alternatif peuvent se comporter comme une source ou une charge, active ou réactive . Nous avons appris comment connecter un wattmètre et un varmètre pour mesurer respectivement la puissance active et la puissance réactive .

Lefacteur de puissance d'un circuit est un nombre inférieur ou égal à 1 définissant le rapport entre la puissance active et la puissance apparente . On a vu qu'un condensateur, qui est une source de puissance réactive, permet d'améliorer le facteur de puissance, et donc de réduire le courant d'un circuit qui consomme de la puissance réactive (ex. : circuit inductif, moteur) .
On a vu qu'il est possible de résoudre un circuit en faisant simplement le bilan des puissances active et réactive . Cette méthode permet de résoudre des circuits à c .a . sans faire appel au calcul vectoriel . Nous avons aussi donné les formules permettant de calculer les circulations de puissance active et réactive entre deux sources reliées par une réactance inductive . On a constaté qu'il est possible de simuler un condensateur ou une inductance simplement en agissant sur l'amplitude et la phase de l'une des deux sources .

Enfin, on a vu comment utiliser le calcul vectoriel pour calculer les puissances à partir des vecteurs de tension et de courant . La puissance apparente est elle-même un vecteur qui, exprimé sous forme rectangulaire, donne la puissance active et réactive .

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SOLUTION DES CIRCUITS À COURANT ALTERNATIF

Dans ce chapitre nous avons appris à utiliser trois méthodes de résolution des circuits à courant alternatif la méthode graphique, l'utilisation de formules d'impédance et le calcul vectoriel .

La méthode graphique exige le traçage à l'échelle d'un diagramme vectoriel . Les formules donnant l'impédance de groupements série-parallèle d'éléments R, L, C fournissent une solution rapide mais elles sont limitées aux circuits relativement simples .
Le calcul vectoriel est la méthode la plus générale . Les courants, tensions et résistances qui sont exprimées par de simples nombres dans les circuits à courant continu sont alors remplacés par des vecteurs de tension, courant et impédance. Selon le type d'opération à effectuer, on exprimera ces vecteurs sous forme polaire ou rectangulaire. Le calcul vectoriel associé à l'utilisation judicieuse des lois et méthodes apprises pour le courant continu (loi d'Ohm, lois de Kirchhoff, théorème de Thévenin, .. .) permet de résoudre les circuits à courant alternatif même les plus complexes .

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Diagrammes vectoriels

Résumé

Dans ce chapitre, nous avons appris qu'une grandeur sinusoïdale comme une tension ou un courant peut être représentée par un vecteur tournant. Lorsque ces vecteurs sont représentés graphiquement, ils forment un diagramme vectoriel . Chaque vecteur peut aussi être exprimé par deux nombres, soit sous forme rectangulaire (composante horizontale et composante verticale), soit sous forme polaire (valeur efficace et angle) .
On définit aussi l'impédance vectorielle d'une résistance, d'une réactance inductive et d'une réactance capacitive .
Le calcul vectoriel permet de généraliser les techniques de solution des circuits à courant continu aux circuits à courant alternatif. Nous avons appris comment effectuer les opérations d'addition, soustraction, multiplication et division sur les vecteurs représentant des tensions, courants et impédances . Pour l'addition et la soustraction, il est plus commode d'utiliser les vecteurs sous forme rectangulaire . Par contre, pour les opérations de multiplication et de division on utilise la forme polaire. ...

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Circuits Simples À Courant AlternatIf

Résumé

Dans ce chapitre nous avons défini plusieurs grandeurs que nous utiliserons constamment dans les circuits à courant alternatif. Pour une tension ou un courant sinusoïdal nous utiliserons la valeur efficace plutôt que la valeur crête. Nous avons vu qu'en régime sinusoïdal, à une fréquence donnée, la bobine et le condensateur possèdent une certaine réactance mesurée en ohms. La réactance inductive et la réactance capacitive donnent la relation entre la tension et le courant efficace d'une inductance et d'une capacitance tout comme la résistance dans la loi d'Ohm.

Pour une résistance, la tension et le courant sont en phase. Pour une inductance, le courant est déphasé de 90 degrés en arrière de la tension . Pour une capacitance le courant est déphasé de 90 degrés en avant de la tension . Pour chacun des éléments : résistance, inductance et capacitance, la puissance est obtenue en faisant le produit de la tension efficace et du courant efficace . Pour la résistance, il s'agit d'une puissance active mesurée en watts correspondant à un dégagement de chaleur. Par contre, pour un élément comme une inductance ou une capacitance, il s'agit d'une puissance réactive mesurée en vars qui ne donne lieu à aucun échauffement mais seulement à un échange d'énergie entre l'élément et le reste du circuit .

Enfin, nous avons présenté une méthode de calcul simple pour trouver la valeur moyenne et la valeur efficace d'une tension ou d'un courant périodique non sinusoïdal .

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