PUISSANCE ELECTRIQUE ( 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.

PUISSANCE ELECTRIQUE 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

PUISSANCE ELECTRIQUE 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

ACTIVITE 1 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.

ACTIVITE 1 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.

DEFINITIONS 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.

DEFINITIONS 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

DEFINITIONS RENDEMENT : C’est le rapport de la puissance utile à la puissance réelle absorbée. On le note η. Il est sans unité. Exemple : Le rendement du micro-ondes est : η = 0,625 Le rendement du micro-ondes est de 62,5 %

ACTIVITE 2

PUISSANCE ABSORBEE PAR UN RECEPTEUR 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.

PUISSANCE THERMIQUE ET EFFET JOULE 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.

BILAN DES PUISSANCES Pa Pj 100 % CAS D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE : La puissance électrique absorbée est entièrement transformée en puissance thermique par effet Joule. Pa Pj Conducteur ohmique Pa = UI, Pj = RI², Pa= Pj 100 % Le rendement d’un conducteur ohmique est égal à :

BILAN DES PUISSANCES Pu = U.I CAS D’UN GENERATEUR : 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

BILAN DES PUISSANCES CAS D’UN GENERATEUR : L’expression U + rI est appelée force électromotrice et notée E. Pa = E.I Rendement : Le rendement du générateur est : Pa Pu Générateur Pj

BILAN DES PUISSANCES Pa = U.I CAS D’UN MOTEUR : 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 Pu Récepteur Pj

BILAN DES PUISSANCES CAS D’UN MOTEUR : Rendement : Le rendement du récepteur est :

APPLICATION A FAIRE : exercices 1, 2 et 11

ACTIVITE 3

PUISSANCE APPARENTE 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

PUISSANCE ACTIVE 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 : cos φ est appelé facteur de puissance

PUISSANCE REACTIVE Elle est donnée par la relation : Elle s’exprime en voltampère réactif (VAR) Si le circuit est inductif Q > 0 Si le circuit est capacitif Q < 0

LE TRIANGLE DES PUISSANCES On peut déduire du schéma les relations suivantes : P Q S φ

APPLICATION A FAIRE : exercices 3, 5, 8 et 12

MONTAGE ETOILE EQUILIBRE 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 :

MONTAGE ETOILE EQUILIBRE 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 : Or d’où Ce qui donne

MONTAGE ETOILE EQUILIBRE La puissance réactive absorbée par l’installation est donnée par la relation : Ce qui donne La puissance apparente est donnée par la relation :

MONTAGE TRIANGLE EQUILIBRE 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 : La puissance active absorbée par chaque dipôle est donnée par la relation :

MONTAGE TRIANGLE EQUILIBRE La puissance active Ptriangle absorbée par l’installation est donnée par la relation : Or d’où Ce qui donne

MONTAGE TRIANGLE EQUILIBRE La puissance réactive absorbée par l’installation est donnée par la relation : Ce qui donne La puissance apparente est donnée par la relation :

COMPARAISON DES PUISSANCES CONSOMMEES DANS LES MONTAGES ETOILE ET TRIANGLE 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

APPLICATION A FAIRE : exercices 4 et 10

ESSENTIEL EN COURANT CONTINU : - puissance électrique : - effet Joule : EN REGIME MONOPHASE : - puissance active : - puissance apparente : - puissance réactive : RENDEMENT :

ESSENTIEL EN REGIME TRIPHASE : - puissance active : - puissance apparente : - puissance réactive : P Q S φ TRIANGLE DES PUISSANCES :