Qu'est ce que l'électrotechnique ? L’électrotechnique est un domaine qui englobe : La production Le transport La distribution La consommation de L’ENERGIE ELECTRIQUE L’énergie est au cœur des systèmes rencontrés en électrotechnique.

Electricité = vecteur d’énergie Energie électrique chimique nucléaire thermique mécanique rayonnante hydraulique

Quantifier l’énergie électrique L’énergie ou le travail mis en jeu par une machine évolue avec le temps. On préfère mesurer la quantité d’énergie induite par unité de temps. C’est ce que l’on appelle la puissance. La consommation d’une voiture n’est-elle pas donnée en litres/100 km ? L’EDF facture la consommation en kilo Watt-heure Travail (J) Puissance (W) Temps (s)

Système triphasé équilibré Un système triphasé équilibré est constitué de trois signaux tels que : Vm w t 2p p t T

Système triphasé équilibré La représentation vectorielle est très pratique en triphasé : 2 1 3 Sys. direct Sys. inverse Le système est direct si les signaux se suivent dans l’ordre 1, 2, 3, 1, … Le système est inverse autrement.

Principe de l’alternateur monophasé +F t = 0 e w t = T/4 e t = T e -F t = T/2 e

Principe de l’alternateur monophasé On s’arrange pour que le flux embrassé par la spire soit de la forme : +F -F w t 2p avec N spires la tension induite  e = NFw sinwt

Principe de l’alternateur triphasé Les alternateurs des centrales électriques sont triphasés. A puissance égale, l’alternateur triphasé coûte moins cher. La distribution sous forme triphasée occasionne moins de pertes. w Phase 1 Phase 2 Phase 3 1 2 3

Distribution La distribution se fait à partir de 4 bornes : 3 phases repérées par 1,2,3 ou R,S,T V1, V2 et V3 représentent les tensions simples. U12, U23 et U31 s’appellent les tensions composées.

Les tensions simples Les trois tensions simples ont même valeur efficace V, et même fréquence. V1, V2 et V3 forment un système triphasé équilibré. La somme vectorielle est nulle :

Les tensions composées Les trois tensions composées ont même valeur efficace U, et même fréquence. U12, U23 et U31 forment un système triphasé équilibré.

Relation entre les tensions

Récepteur triphasé équilibré Un récepteur triphasé équilibré est constitué de trois impédances identiques. Les impédances peuvent être couplées de deux façons différentes (étoile / triangle) Les courants de ligne i circulent dans les câbles. Les courants simples j circulent dans les impédances.

Couplage étoile Le premier schéma justifie le nom « ETOILE ». Le fil de neutre n’est pas nécessaire car : Chaque impédance est parcourue par un courant de ligne et voit à ses bornes une tension simple. et

Puissances en étoile La puissance active consommée par une phase : Pour la charge entière : La puissance réactive vaut : On en déduit : Le facteur de puissance ne change pas :

Pertes par effet Joule en étoile Soit R la résistance vue entre deux bornes : Pertes dans une phase : Soit une puissance totale par effet Joule :

Couplage triangle Dans le couplage triangle, il n’y a pas de neutre ! et

Couplage triangle IJ JJ Chaque impédance est parcourue par un courant J et voit à ses bornes une tension U. JJ IJ On trouve une relation entre I et J similaire à celle qui lie la tension simple à la tension composée :

Puissance en triangle La puissance active consommée par une phase : Pour la charge entière : La puissance réactive vaut : On en déduit : Le facteur de puissance ne change pas :

Pertes par effet Joule en triangle Soit R la résistance vue entre deux bornes : Pertes dans une phase : Soit un total identique à celui du couplage étoile:

Le transformateur triphasé Il est équivalent à trois transformateurs monophasés. Le premier indice indique le côté primaire ou secondaire, le second indice est le numéro de phase. UP1 US1 3 enroulements primaires 3 enroulements secondaires UP2 US2 UP3 US3 Le rapport de transformation pour chaque phase vaut :

Couplage des enroulements Les enroulements, tant au primaire qu’au secondaire, peuvent être couplés de trois façons : étoile, triangle et zigzag. Couplage étoile Couplage triangle Exemple de primaire en étoile et secondaire en triangle

Couplage zigzag Le couplage zigzag est obtenu en divisant les 3 bobines en 6. Chaque demi-bobine est mise en série avec une demi-bobine du noyau suivant. Couplage zigzag Le couplage zigzag permet de répartir le déséquilibre sur les 3 noyaux.

Choix des couplages Il faut éviter d’avoir le même couplage au primaire et secondaire pour ne pas transmettre le déséquilibre d’un côté à l’autre. La présence d’un neutre en basse tension permet de disposer de deux niveaux de tensions. Du côté haute tension, un neutre mis à la terre est intéressant. On voit apparaître l’intérêt des couplage « ZY » et « YZ ». L’indice horaire d’un transformateur indique le déphasage (en multiple de p/6) entre une tension simple primaire et une tension simple secondaire. VP1 sur 0 heure Indice horaire = 6 VP2 sur 6 heure

Mesure de puissance et d’énergie La mesure d’énergie électrique est nécessaire ne serait-ce que pour la facturation. Les appareils numériques actuels sont capables de mesurer plusieurs paramètres et possèdent d’importantes capacités de stockage pour le traitement. Exemple d’appareil pouvant mesurer en triphasé : les tensions, les courants, les puissances (P, Q et S), les énergies (kWh, kVARh, kVAh), le facteur de puissance, la fréquence, le taux de distorsion harmonique. Il peut même tracer les formes d’ondes de certains paramètres.

Théorème de Boucherot Dans une installation, la puissance active totale consommée est égale à la somme des puissances actives consommées par chaque élément : Ceci est valable pour les puissances réactives : Attention ! Ce théorème n’est pas applicable aux puissances apparentes. Pour calculer Stotale, il faut passer par P et Q.

Relèvement du facteur de puissance En sinusoïdal : Les sociétés de production d'énergie électrique imposent aux usagers un facteur de puissance ( cosF > 0,93 ) sous peine de leur facturer l’énergie réactive qui ne leur est pas utile. Pour relever le facteur de puissance, on ajoute en parallèle des éléments qui fournissent de la puissance réactive; C’est le cas des condensateurs.

Relèvement du facteur de puissance Le couplage triangle est préférable car pour une même puissance, il nécessite des capacités trois fois plus faibles que celles du couplage étoile.

Régulateur de puissance réactive Condensateur

Le courant de réponse C/K Le courant de réponse (C/K) est le courant réactif consommé par un gradin (un étage) de condensateurs. Ce paramètre donne une information sur le quantum de puissance réactive dont dispose le régulateur.

Branchement du régulateur

Exemple de régulation