LES SOURCES D’ ENERGIE
Sébastien GERGADIER
Math Sup TSI
Richelieu
La puissance apparente S est définit comme le produit des valeurs efficace du courant et de la tension. Elle s’exprime en Voltampère VA.
LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES MONOPHASES
IVS .On utilise parfois la notion de puissance apparente complexe notée S définit par :
*.IVS Où I* représente le conjugué de I.
jQPjVIVIeIVS j sincos..
Il apparaît un terme noté Q appelé puissance réactive qui s’exprime en VAR.
cosS
PK p
On définit le facteur de puissance Kp par :
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES MONOPHASES
THEOREME DE BOUCHEROT :
Lorsque l’on veut déterminer les caractéristiques (Ptot, Qtot et Stot) de l’alimentation d’un système comportant plusieurs sous systèmes monophasés absorbant des puissances Pi et Qi, on peut utiliser le théorème de BOUCHEROT
tottottottot
tottoti
itot
tottoti
itot
VIQPS
IVQQ
IVPP
22
sin..
cos..
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES TRIPHASES
Représentation temporelle :
On dispose alors de 3 grandeurs électriques (courant ou tension) respectivement définis par : .)()();( 321 txettxtx
)34sin(2)(
)32sin(2)(
)sin(2)(
3
2
1
ktXtx
ktXtx
tXtx
Si k=1, on parle de système direct,si k= -1, on parle de système indirect. Pour transformer un système direct en système indirect, il suffit d’intervertir 2 phases.
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES TRIPHASES
On dit que des grandeurs triphasées sont équilibrées si :
0)()()( 321 txtxtx
Si on travaille avec les tensions simples (tension entre une phase et le Neutre), on a :
)34sin(2)(
)32sin(2)(
)sin(2)(
3
2
1
tVtv
tVtv
tVtv
On peut déterminer l’expression des tensions entre 2 phases telle que :
)()()(
)()()(
)()()(
1331
3223
2112
tvtvtu
tvtvtu
tvtvtu
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES TRIPHASES Représentation vectorielle :
2pi/3
pi/6
VU .3
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LES SOURCES ELECTRIQUES
)34sin()34cos(.2.
)32sin()32cos(.2.
)sin()cos(.2.
3
2
1
tjtXx
tjtXx
tjtXx
Représentation complexe :
LES SOURCES TRIPHASES
3
4.
32.
0.
34
3
32
2
01
XeXx
XeXx
XeXx
j
j
j
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LES SOURCES ELECTRIQUES
EXPRESSION DES PUISSANCES TRANSMISES :
La puissance instantanée transmise du générateur vers le récepteur notée p(t) s’écrit :
LES SOURCES TRIPHASES
)().()().()().()( 332211 titvtitvtitvtp Soit une puissance active P telle que :
cos3cos3 UIVIP Soit une puissance réactive Q telle que :
sin.3sin.3 UIVIQ
Soit une puissance apparente S telle que :
UIIVS 3..3
cosS
PK p
On définit le facteur de puissance Kp par :
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES TRIPHASES
THEOREME DE BOUCHEROT :
Lorsque l’on veut déterminer les caractéristiques (Ptot, Qtot et Stot) de l’alimentation d’un système comportant plusieurs sous systèmes absorbant des puissances Pi et Qi, on peut utiliser le théorème de BOUCHEROT
tottottottottot
tottottottoti
itot
tottottottoti
itot
UIVIQPS
UIIVQQ
UIIVPP
.3.3
sin..3sin...3
cos..3cos...3
22
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LES SOURCES ELECTRIQUES
ADAPTATION DES NIVEAUX DE TENSION
La production et la distribution électrique sont réalisées très souvent avec des grandeurs alternatives sinusoïdales en haute tension (quelques dizaines de kV). Il est donc nécessaire d’adapter les niveaux de tension aux utilisateurs.
TRANSFORMATEUR
Sur le système de la conditionneuse de comprimés, il est nécessaire de disposer d’une alimentation monophasée sinusoïdale (tension simple de 230V) pour l’alimentation de l’automate programmable (API) ainsi que pour l’alimentation du variateur de vitesse pour le moteur de la sole. Cette alimentation est réalisée par l’utilisation d’un transformateur monophasé 400/230V. En effet, le Neutre n’étant pas disponible sur l’alimentation, il faut adapter le niveau de tension.
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LES SOURCES ELECTRIQUES
Le transformateur est un appareil statique à induction électromagnétiquedestiné à adapter les niveaux de tension de même fréquence. Il est analogue à un engrenage en mécanique (le couple sur chacune des rouesdentées étant l'analogue de la tension et la vitesse de rotation étant l'analogue du courant).
Remarque : Un transformateur ne fonctionne que pour des signaux alternatifs et sinusoïdaux.
ADAPTATION DES NIVEAUX DE TENSION
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LES SOURCES ELECTRIQUES
La grandeur caractéristique d’un transformateur est sa puissance apparente S.
2211 .. IUIUS
ADAPTATION DES NIVEAUX DE TENSION
Si transformateur parfait (pas de pertes Joules ni magnétiques), on définit le rapport de transformation m tel que :
1
2
2
1
1
2
N
N
I
I
U
Um
Si m<1, le transformateur est dit abaisseur de tension, et donc élévateur de courant;
Si m>1, le transformateur est dit élévateur de tension, et donc abaisseur de courant.
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES NON SINUSOÏDALES
Il arrive souvent et de plus en plus fréquemment que les signaux électriques ne soient pas sinusoïdaux.
Ils conservent cependant leur propriété de périodicité.
On peut démontrer que tout signal x(t) périodique de période T est décomposable en série de Fourier.
)sin(.)cos(.)(1
0 tnbtnaatx nn
n
Avec :
dttntxT
b
dttntxT
a
dttxT
a
T
n
T
n
T
.)sin().(2
.)cos().(2
.)(1
0
0
0
0
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES NON SINUSOÏDALES
La valeur efficace du signal x(t) est fournie par l’égalité de PARSEVAL :
1n
nn0 ²)b²(a2
1²a²effX
EXPRESSION DES PUISSANCES TRANSMISES :
La puissance instantanée transmise du générateur vers le récepteur notée p(t) s’écrit : )().()( titvtp
Les termes de rang n sont appelés harmoniques de rang n. L’harmonique de rang n=1, est appelé fondamental du signal.
On peut démontrer que la puissance active n’est véhiculée que par les harmoniques de même rang.
La puissance apparente S est définit comme le produit de :
effeff IVS .
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES D’ ENERGIE CONTINUE
Une grandeur électrique est dite continue si :
teconstxt tan)(
EXPRESSION DES PUISSANCES TRANSMISES :
La seule puissance transmise en continu, est la puissance active P définit par : IUP .Les différentes sources d’énergie continue disponibles :
Les batteries ;
Les panneaux solaires ;
La conversion alternatif / continu.
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES D’ ENERGIE CONTINUE
Les batteries (ou piles)
Caractéristiques :
Tension à vide E ;
Nature chimique de la réaction;
Résistance interne ;
Capacité ou autonomie en A.h.
Caractéristique courant / tension d’un accumulateurU
IIcc
E
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES D’ ENERGIE CONTINUE
Les panneaux solaires
Caractéristiques :
Nombre de cellules élémentaires ;
Tension à vide E ;
Résistance interne ;
Eclairement.
Caractéristique courant / tension d’un accumulateur
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES D’ ENERGIE CONTINUE
Conversion de l’alternatif vers continu
Sur le système de la conditionneuse de comprimés, il est nécessaire de disposer d’une source d’énergie continue afin d’alimenter les entrées de l’automate programmable (API).
SCHEMA DE PRINCIPE DE LA CONVERSION ALTERNATIF/CONTINU
FS1 : Fonction Adapter le niveau de tension;
FS2 : Fonction Redresser;
FS3 : Fonction Filtrage;
FS4 : Fonction Réguler.
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LES SOURCES ELECTRIQUES
LES SOURCES D’ ENERGIE CONTINUE FS1 : Fonction Adapter le niveau de tension Transformateur
FS2 : Fonction Redresser Montage redresseur
Diodes : Analogie avec un clapet anti retour
FS3 : Fonction Filtrage Condensateur
FS4 : Fonction Réguler Circuit spécialisé (78xx ou 79xx)
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LES SOURCES ELECTRIQUES
système
Puissance utilePu
Puissance absorbéePa
RENDEMENT D’ UN SYSTEME
Les systèmes réels ne sont pas parfait, et ils génèrent des pertes sous formes de chaleur généralement.
En notant Pa la puissance absorbée par le système, et Pu la puissance restituée (utile pour la charge), on note le rendement η définit par :
a
u
P
P
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LES SOURCES ELECTRIQUES
RENDEMENT GLOBALE D’UN SYSTEME
On peut généralement décomposé un système en sous systèmes ayant chacun un rendement ηi, le rendement globale s’exprime par :
n
iitot
1
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APPAREILS DE MESURES
CHOIX D’ UN APPAREIL DE MESURE
Le choix d’un appareil de mesure se fait en fonction de la grandeur électrique à mesurer.
Tension : Voltmètre;
Intensité d’un courant : Ampèremètre ou Pince ampèremétrique;
Puissance active : Wattmètre.
Cependant, chacun de ces appareils ont une caractéristique très importante, la Bande Passante.
Elle définit la bande de fréquence des grandeurs électriques mesurables.
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APPAREILS DE MESURES
CHOIX D’ UN APPAREIL DE MESURE
Position DC : Mesure la composante continue du signal à mesurer
INDIQUE LA VALEUR MOYENNE
Position AC : Mesure la « valeur efficace » du signal à mesurer
BP = [50 500]Hz Appareil bas de gamme
Idéal pour signaux sinusoïdaux 50HzBP = [50 2000]Hz Idéal pour signaux non sinusoïdaux Mesure la valeur efficace sur les 40 premiers harmoniques On parle d’appareil RMS
Position AC+DC : Mesure la valeur efficace du signal à mesurerBP = [0 2000]Hz Idéal pour signaux non sinusoïdaux avec composante continue On parle d’appareil TRMS
Remarque : Sur certains appareils de mesure, on voit Vrai TRMS !! C’est de la publicité mensongère !!!!!!
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LES SOURCES HYDRAU ET PNEU
PRODUCTION D’ENERGIE PNEUMATIQUE
La structure de production d’énergie pneumatique et hydraulique est similaire. La différence est dans la nature du fluide et dans le domaine des pressions.
En pneumatique, pression de l’ordre du bar (1 à 10 bar);
En hydraulique, pression de l’ordre de la dizaine ou centaines de bar.
Structure de production d’énergie pneumatique
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M
PRODUCTION D’ENERGIE PNEUMATIQUE
Structure normalisée de production d’énergie pneumatique
Moteur électrique Compresseur
Vanne
Clapet anti retour
Réservoir
Purge
Filtre
Lubrificateur
Régulateur de pression
Manomètre
LES SOURCES HYDRAU ET PNEU
LES SOURCES D’ ENERGIE
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LES SOURCES HYDRAU ET PNEU
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LES SOURCES ELECTRIQUES
EXPRESSION DE LA PUISSANCE EN HYDRAULIQUE OU PNEUMATIQUE :
L’hydraulique d’une pompe est une machine qui transforme une puissance mécanique (couple et vitesse de rotation d’un arbre ) en puissance hydraulique (du débit Q et de la pression P). La puissance hydraulique est calculable par la relation :
PQP ehydrauliqu .Avec : Phydraulique : la puissance en Watts ( W )
Q : le débit en mètre cube par secondes ( m3 / s ) P : la pression en pascal ( Pa )
Rappel : 1 bar = 105 Pascal
Le débit du compresseur peut s’exprimer en fonction de sa cylindrée C.
compNCQ .
Avec C : Cylindrée du compresseur en cm3/s
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LES SOURCES HYDRAU ET PNEU
UTILISATION DE L’ENERGIE PNEUMATIQUE
Extrait du schéma pneumatique de la conditionneuse de comprimés.
Arrivée d’air comprimée Vers utilisation
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