Transcript Puissance electrique - Sciences physiques Web

( UNITE SPECIFIQUE E3 )
OBJECTIFS :
- exploiter la plaque signalétique d’un appareil électrique
ou les informations d’un document technique.
- calculer les puissances active, réactive et apparente
d’un appareil électrique.
- déterminer son facteur de puissance.
- mesurer une puissance électrique à l’aide d’un wattmètre.
Dans ce chapitre, nous allons apprendre à calculer la puissance
électrique d’un appareil selon le régime : courant continu, courant
alternatif monophasé, courant alternatif triphasé.
I. BILAN DES PUISSANCES
Activité 1
Définitions
II. PUISSANCE EN COURANT CONTINU
Activité 2
Puissance absorbée par un récepteur
Puissance thermique et effet Joule
Bilan des puissances
Application
III. PUISSANCE EN REGIME ALTERNATIF MONOPHASE
Activité 3
Puissance apparente
Puissance active
Puissance réactive
Le triangle des puissances
IV. PUISSANCE EN REGIME SINUSOÏDAL TRIPHASE
Montage étoile équilibré
Montage triangle équilibré
Comparaison des puissances consommées
Quelle puissance restitue le micro-ondes ?
Le micro-ondes restitue une puissance de 750 W.
A quoi correspond-t-elle ?
La puissance restituée correspond à la puissance utile,
elle est restituée sous forme électromagnétique.
Quelle puissance absorbe le micro-ondes ?
Le micro-ondes absorbe une puissance de 1 200 W.
A quoi correspond-t-elle ?
La puissance absorbée est la puissance consommée par
l’appareil.
Toute transformation d’énergie s’effectue grâce à un
convertisseur qui transforme une forme d’énergie en une autre.
Exemple:
Un moteur est un convertisseur qui transforme l’énergie électrique
en énergie mécanique.
PUISSANCE ABSORBEE :
Pa est la puissance consommée par un convertisseur d’énergie.
PUISSANCE UTILE :
Pu est la puissance restituée sous une autre forme.
PUISSANCE PERDUE :
PP est la différence entre la puissance absorbée et la puissance
utile.
PP = Pa - Pu
RENDEMENT :
C’est le rapport de la puissance utile à la puissance réelle
absorbée. On le note η. Il est sans unité.
Pu

Pa
Exemple :
Le rendement du micro-ondes est :
η = 0,625
Le rendement du micro-ondes est de 62,5 %
750

1200
La puissance électrique P (en watt) absorbée par un récepteur
soumis à une tension continue U (en volt) et traversé par un
courant d’intensité I (en ampère) est donnée par la relation :
P = U.I
Remarque: La puissance électrique fournie par un générateur
est donnée par la même relation.
Tout conducteur parcouru par un courant est le siège d’un
dégagement de chaleur :
C’EST L’EFFET JOULE
La puissance électrique transformée en puissance thermique
par effet joule est donnée par la relation :
P = RI²
R est la résistance du conducteur exprimée en ohm.
CAS D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE :
La puissance électrique absorbée est entièrement transformée
en puissance thermique par effet Joule.
Pa
Conducteur
ohmique
Pa = UI,
Pj
Pj = RI², Pa= Pj
Le rendement d’un conducteur ohmique est égal à :
100 %
CAS D’UN GENERATEUR :
Pu = U.I
Déterminons la puissance absorbée par le générateur (on néglige
les pertes mécaniques et magnétiques).
Le principe de conservation des puissances permet d’écrire la
relation :
Pa = Pu + Pj
Soit Pa = UI + rI² = (U + rI)xI
CAS D’UN GENERATEUR :
L’expression U + rI est appelée force électromotrice et notée E.
Pa = E.I
Pu UI
Rendement :  

Pa EI
U
Le rendement du générateur est :  
E
Pa
Générateur
Pu
Pj
CAS D’UN MOTEUR :
Pa = U.I
Déterminons la puissance utile du récepteur : Pu = Pa - Pj
Soit Pu = UI - rI² = (U - rI)xI
L’expression U - rI est appelée force contre-électromotrice et
notée E’.
Pu = E’.I
Pa
Récepteur
Pu
Pj
CAS D’UN MOTEUR :
Pu E ' I
Rendement :  

Pa UI
E'
Le rendement du récepteur est :  
U
A FAIRE : exercices 1, 2 et 11
En régime sinusoïdal, le produit UI ne mesure pas toujours
la puissance réelle absorbée par une installation.
On définit une nouvelle grandeur :
LA PUISSANCE APPARENTE
Elle s’exprime en
voltampère (VA)
Elle est donnée par la relation :
S = U.I
C’est la puissance absorbée par un récepteur soumis à une tension
alternative sinusoïdale de valeur efficace U et traversé par un
courant d’intensité efficace I :
Elle est donnée par la relation :
P  UI cos
cos φ est appelé facteur de puissance
P
cos  
S
Elle est donnée par la relation :
Elle s’exprime en
Q  UI sin 
voltampère réactif (VAR)
Si le circuit est inductif
Q>0
Si le circuit est capacitif
Q<0
On peut déduire du schéma les relations
suivantes :
S ²  P²  Q²
P
cos  
S
Q
sin  
S
S
φ
Q
tan  
P
Q
P
A FAIRE : exercices 3, 5, 8 et 12
Rappel :
- Chaque dipôle est soumis à la même tension simple
V = V1 = V2 = V3
- Chaque dipôle est parcouru par le même courant de
ligne d’intensité I = I1 = I2 = I3. On a également In = 0.
La puissance active absorbée par chaque dipôle est donnée par la
relation :
P1  P2  P3  V .I . cos
La puissance active Pétoile absorbée par l’installation est la
somme des puissances absorbées par les trois dipôles identiques ;
elle est donnée par la relation :
U
Or V 
3
Ce qui donne
d’où
Pétoile  3 P  3 V .I . cos
U
Pétoile  3
.I . cos
3
Pétoile  U .I 3 cos
La puissance réactive absorbée par l’installation est donnée par la
relation :
Q  3 V .I . sin 
Ce qui donne
Q  U.I 3 sin 
La puissance apparente est donnée par la relation :
S  U .I 3
Rappel :
-Chaque dipôle est soumis à une tension composée
U = U12 = U23 = U31
- Chaque dipôle est parcouru par un courant de même
intensité J = J12 = J23 = J31 . avec :
J
I
3
La puissance active absorbée par chaque dipôle est donnée par la
relation :
P1  P2  P3  U .J . cos
La puissance active Ptriangle absorbée par l’installation est donnée
par la relation :
Ptriangle  3 P  3 U .J . cos
I
Or J 
3
Ce qui donne
d’où Ptriangle
I
3
.U . cos
3
Ptriangle  U .I 3 cos
La puissance réactive absorbée par l’installation est donnée par la
relation :
Q  3 V .I . sin 
Ce qui donne
Q  U.I 3 sin 
La puissance apparente est donnée par la relation :
S  U .I 3
La tension U étant fixée, la puissance active absorbée par le
montage est trois fois plus importante dans le cas du
montage triangle équilibré que dans le cas du montage
étoile équilibré.
Itriangle = 3 Iétoile
A FAIRE : exercices 4 et 10
EN COURANT CONTINU :
- puissance électrique :
P  U .I
- effet Joule :
P  RI ²
EN REGIME MONOPHASE :
- puissance active :
P  U .I cos
- puissance apparente :
S  U .I
- puissance réactive :
Q  U .I sin 
RENDEMENT :
Pu

Pa
EN REGIME TRIPHASE :
- puissance active :
P  U.I 3 cos
- puissance apparente : S  U .I 3
- puissance réactive : Q  U.I 3 sin 
TRIANGLE DES PUISSANCES :
S ²  P²  Q²
Q
sin  
S
P
cos  
S
Q
tan  
P
S
φ
Q
P