Machines Electriques - Cours Final [PDF]

Zitiervorschau

Module :Machines électriques Formation : 3ème année GI /IAII

Pr: Ridouane Errebyiy AU : 2021/2022

Plan de cours •

Chapitre 1 Alimentation en Energie Electrique

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Rappels Terminologiques Les systèmes monophasés Les systèmes triphasés

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Chapitre 2 Circuits Magnétiques et Transformateurs

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Rappels des notions fondamentales d’électromagnétisme Transformateur monophasé Transformateur Triphasé Essais des Transformateurs Les types des Transformateurs

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Chapitre 3

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Notions sur les champs tournants Machine Synchrone Machine Asynchrone

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Chapitre 4 Les Machines à courant continu

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Constitution et principe de fonctionnement Les différents types d’excitation Caractéristiques de fonctionnement

Les Machines Tournantes à courant Alternatif

Chapitre 1

Alimentation en Energie Electrique

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Rappels Terminologiques et Compléments Mathématiques

 Courant Un courant et un déplacement des charges électriques ( les e-) dans une matière . Le sens conventionnel du courant est de la borne + vers la borne – du générateur.  Intensité du courant Représente la quantité d’électricité transmette vers la charge dans un temps donnée . Elle s’exprime en Ampère

 Pour mesurer l'intensité d'un courant électrique, on utilise un ampèremètre, il doit être branché en série et jamais en parallèle QUESTION Pourquoi l’ampèremètre est toujours monté en série !

Lois de Kirchhoff Loi des nœuds : 1ère loi de Kirchhoff

Tension électrique Une tension électrique est une différence de potentiel électrique Pour mesurer une tension on utilise un voltmètre, on le branche en parallèle.

Loi des mailles : 2ième loi de Kirchhoff

Une maille est un ensemble de branches qui forme une boucle. ‘’La somme des différences de potentiel le long d’une maille est nulle’’

Régime Continu ( DC ou =)

 On parle de régime continu dès lors qu'on utilise des générateurs de tension ou de courant continu tels les piles, accumulateurs, batteries, génératrices à CC, dynamos.  En régime permanent continu, les tensions et courants ne dépendent pas du temps, la seule chose qui les caractérise est leur valeur moyenne.

Récepteurs

 Le seul récepteur existant en régime établi continu est la Résistance dont le fonctionnement est régi par la loi d'Ohm :

Puissance

Lorsqu'un récepteur électrique en régime continu est soumis à la fois à une tension et à un courant, il est le siège d'une dissipation de puissance. On dit alors que la puissance électrique est fournie par la source et consommée par la résistance.

Grandeurs périodiques  On parle de grandeurs périodiques dès lors que les courants i et les tensions v présentent une période temporelle, T, telle que : i(t) = i(t+T) ou v(t) = v(t+T).

f = 1/ T est la fréquence de répétition de la grandeur périodique. f est en Hertz (Hz) et T en secondes (s).

Valeur moyenne Pour un signal périodique s de période T, on note sa valeur moyenne.

Valeur efficace On note Seff la valeur efficace d’un signal quelconque S périodique de période T.

Système Monophasé

Etude des circuits monophasés en régime sinusoïdal Le signal sinusoïdal est un signal périodique particulier. Sa loi d’évolution s’exprime à l’aide des fonctions « Sinus ».

On dit qu’un réseau électrique fonctionne en régime sinusoïdal si ses tensions et courants ont pour expressions algébriques :

Représentation temporelle (cartésienne) d’un signal sinusoïdal

La valeur Moyenne

Démonstration

Valeur efficace :

Représentation d’un signal sinusoïdal

Diagramme de Fresnel

Puissances électriques en régime sinusoïdal Puissance instantanée à tout instant la puissance transitant du générateur vers le récepteur est appelée la puissance instantanée . Cette puissance est définie par :

NB

• Il faut avoir un facteur de puissance supérieur ou égal à 0,8. • La puissance facturée étant la puissance active, l’état pénalise les installations électriques ayant un facteur de puissance trop faible.

• C’est la puissance dissipées dans les éléments réactives.

• C’est la puissance qui permet de dimensionner les appareils électriques, sans tenir compte de déphasage .

 Puissances consommées par les dipôles passifs élémentaires (en convention récepteur).

• Conservation des puissances actives et réactives

Les Systèmes triphasés en régime sinusoïdal

Réseaux électriques triphasées :

Vecteurs de Fresnel associés : Le système est équilibré direct ; Equilibré car la construction de Fresnel montre que Direct car un observateur immobile verrait les vecteurs défiler devant lui dans l’ordre 1, 2, 3.

Les tensions composées Les tensions composées sont les tensions mesurables entre deux phases du réseau.

NB  Les tensions composés sont en avance de π\6 par rapport aux tensions simples .  Les tensions composées déphasées 2 π\3 l’une par rapport aux autres et ont des valeurs efficaces identiques .  Elles forment un système de tensions triphasées équilibrées .

Récepteurs triphasés : ce sont des récepteurs constitués de trois dipôles identiques, d’impédance Z. Equilibré : car les trois éléments sont identiques. Courants par phase : ce sont les courants qui traversent les éléments Z du récepteur triphasés. Symbole : J Courants en ligne : ce sont les courants qui passent dans les fils du réseau triphasé. Symbole : I

Le réseau et le récepteur peuvent se relier de deux façons différentes : en étoile ou en triangle. Couplage étoile Montage

Même branchement représenté de deux façons différentes. Le premier schéma explique le terme « étoile ».

Pour un système triphasé équilibré, le fil neutre ne sert à rien.

Relations entre les courants On constate sur les schémas que les courants en ligne sont égaux aux courants par phase.

De plus la charge et le réseau sont équilibrés, donc :

Les Puissances

Pertes par effet Joule Considérons que la partie résistive du récepteur

Couplage Triangle

Relations entre les courants

Les Puissances

Pertes par effet Joule

Remarques :

Couplage d’un récepteur sur le réseau : La plaque signalétique d’un récepteur triphasé précise le type de couplage qui doit être mise en œuvre en fonction de la ligne disponible . Exemple

La plaque 1 signifier qu’il faut coupler le récepteur en triangle sir un réseau de 220 V et en Etoile sur un réseau de 380. même chose pour la deuxième plaque .

Mesure de puissances en triphasé

Le Wattmètre Le wattmètre permet de mesurer la puissance active P en monophasé ou triphasé. Il possède au moins quatre bornes : deux bornes pour mesurer la tension et deux bornes pour mesurer le courant. Il y a donc deux branchements à réaliser : un branchement en parallèle (comme un voltmètre) pour mesurer la tension, et un branchement en série (comme un ampèremètre) pour mesurer le courant. Le wattmètre tient compte du déphasage.

 Méthode d’un seul wattmètre: Mesure en triphasé lorsque le fil neutre est accessible Circuit équilibré Il suffit de mesurer la puissance P’ consommée par une seule phase et de La multiplier par trois. Un seul Wattmètre est donc nécessaire. La puissance consommée par le récepteur triphasé est alors : P = 3 P’

Circuit déséquilibré

Il faut mesurer la puissance consommée par chacun des trois phases et les additionner ensuite. Trois wattmètres sont donc nécessaires. La puissance consommée par le récepteur triphasé est alors : P = P1 + P2 + P3

 Méthode de deux wattmètres: Mesure en triphasé lorsque le fil neutre n’est pas accessible Le montage des deux wattmètres est valable pour tout système triphasé, qu’il soit équilibré ou non. La seule condition est qu’il n’y ait pas de fil neutre.

Compensation de l’énergie réactive par le Relèvement du facteur de puissance en triphasé Couplage des condensateurs en triangle

Couplage des condensateurs en étoile

FIN CHAPITRE 1

• Chapitre 2 Circuits Magnétiques et Transformateurs     

Rappels des notions fondamentales d’électromagnétisme Transformateur monophasé Transformateur Triphasé Essais des Transformateurs Les types des Transformateurs

 Rappels des notions fondamentales d’électromagnétisme

4 - Champ d’induction magnétique crée par un courant: La source microscopique d’un champ magnétique est le déplacement de charges électriques. Un courant électrique étant un déplacement de charges électrique qui va donc générer un champ magnétique. Si un courant constant traverse un conducteur de longueur élémentaire dl, on écrit localement la loi de Biot et Savart:

NB Pour la plupart des matériaux, la perméabilité n'est pas constante, et la relation B(H) est non-linéaire (courbe du type hystérésis). Comme le figure ci-dessous.

 d’hystérésis Courbe de première : courbe = f(H) lorsque le corps ferromagnétique Cycle : courbe Baimantation = f(H) lorsque le corpsB ferromagnétique possède une déjà une Champ rémanent Br: champ lorsque H=0 ne possède aucune aimantation. aimantation. Excitation coercitive Hc: excitation H nécessaire pour annuler le champ rémanent Br.

Force magnétomotrice : De manière à simplifier l’étude des circuits magnétiques on définit, la force magnétomotrice, à partir du théorème d’Ampère :

Réluctance : On définit la réluctance R: ℛ en H-1 Ainsi, un barreau de longueur L, de section S et perméabilité μ aura une réluctance

Loi d’Hopkinson : En combinant la force magnétomotrice à la réluctance, on obtient alors la relation d’Hopkinson :

Inductance Propre Par définition l’inductance propre L d’une bobine de N spire est donné par L=

Nφ / I

Avec la Loi d’Hopkinson

En Henry

Exercice 01

III. Le Transformateur triphasé: