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Cours d'électrotechnique

Cours d'électronique de puissance

Avec exercices et problèmes corrigés

 

Niveau : Bac STI2D / BTS / IUT

 

Ce cours d'électrotechnique est constitué de deux parties :



 

1ère partie : Cours sur les machines électriques

 

Chapitre 1 - Machine à courant continu ko

  • 1- Constitution
    • L'inducteur
    • L'induit
    • Le collecteur et les balais
  • 2- Principe de fonctionnement
    • Fonctionnement en moteur
    • Fonctionnement en génératrice
  • 3- Schéma électrique équivalent
    • Expression de la fem induite
    • Expression du couple électromagnétique
    • Conversion de puissance
    • Flux magnétique créé sous un pôle
    • Schéma équivalent de l'induit
  • 4- Les différents types de machines à courant continu
  • 5- Moteur à excitation indépendante
  • 6- Moteur série
  • 7- Génératrice à courant continu (dynamo)

 

 

  • Annexe 3 : simulation avec Excel du démarrage d'un moteur à courant continu à excitation constante
    • Mots clés : système du premier ordre, échelon de tension, vitesse de rotation, régime transitoire, constante de temps mécanique, rhéostat de démarrage, charge mécanique inertielle, moment d'inertie, courant de démarrage
    • Télécharger la feuille Excel ko

     

 

  • Annexe 4 : simulation avec Excel du démarrage d'un moteur à courant continu à excitation constante, avec rampe d'accélération
    • Mots clés : système du premier ordre, échelon de courant, vitesse de rotation, régime transitoire, constante de temps mécanique, charge mécanique inertielle, moment d'inertie
    • Télécharger la feuille Excel 79 ko



 

Chapitre 2 - Puissances électriques en régime sinusoïdal ko

  • 1- Puissances active, réactive et apparente
  • 2- Vecteurs de Fresnel et puissances
  • 3- Nombres complexes et puissances
  • 4- Théorème de Boucherot
  • 5- Facteur de puissance



 

Chapitre 3 - Systèmes triphasés ko

  • 1- Monophasé et triphasé
  • 2- Système triphasé
  • 3- Récepteurs triphasés équilibrés
    • Couplage étoile
    • Couplage triangle
  • 4- Puissances en régime triphasé équilibré

 

N.B. Cet oscillogramme a été créé avec l'application gratuite SimOscillo.

 

Chapitre 4 - Puissances et harmoniques (niveau BTS / IUT) ko

  • I- Définitions
    • I Décomposition en série de Fourier
    • I Valeur efficace (True RMS)
    • I Valeur efficace des harmoniques
    • I Taux de distorsion harmonique THD
    • I Puissance apparente S (en VA) de la charge
    • I Puissance active P (en watts) consommée par la charge
    • I Puissance réactive Q (en vars) consommée par la charge
    • I Facteur de puissance PF (Power Factor)
    • I Facteur de déplacement DPF (Displacement Power Factor)
    • I Puissance déformante D
  • II- Cas d&#;une tension alternative purement sinusoïdale qui alimente un dipôle linéaire
  • III- Cas d&#;une tension alternative purement sinusoïdale qui alimente un dipôle non linéaire
  • IV- Cas d&#;une tension non sinusoïdale
  • V- Mesures sur des ampoules basses consommations avec l'analyseur de puissances CA (Chauvin Arnoux)
  • Bibliographie
  • Annexe : Extrait de la norme CEI : Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites basse fréquence sur les réseaux publics d'alimentation basse tension
  • Annexe 2 : synthèse, avec Excel, d'une tension à partir de ses harmoniques (limité aux 19 premiers harmoniques)

 

  • Annexe 3 : synthèse, avec Excel, d'une tension rectangulaire à partir de ses harmoniques (limité aux 50 premiers harmoniques)
  • Télécharger la feuille Excel ko
    • Exemple : spectre fréquentiel d'un signal rectangulaire de rapport cyclique 20 %. On notera l'absence de l'harmonique de rang 5 et de ses multiples. Le taux de distorsion harmonique est : THD = %.

     

 

  • Lien utile :synthèse d'un son (au format .wav) à partir de ses harmoniques
  • Annexe 4 : Etude des harmoniques du courant dans le neutre (niveau BTS / IUT)
      • Mots clés : triphasé, couplage étoile, charge équilibrée, charge déformante, taux de distorsion harmonique, facteur de crête, puissance déformante, décomposition en série de Fourier, spectre de fréquence
      • Télécharger la feuille Excel ko
        • Exemple : Moteur asynchrone triphasé à cage d'écureuil (Leroy Somer, p = 2 , puissance utile nominale = 1,5 kW) ; fonctionnement à vide ; couplage étoile avec neutre ; alimentation par réseau triphasé V / V 50 Hz. Pour simplifier, on a supposé que le réseau et le moteur sont parfaitement bringdadabeer.com taux de distorsion harmonique des courants de ligne est : THD = 20 %. La fréquence du courant dans le neutre est Hz (3ème harmonique).

     

      On notera que le courant de neutre ne contient que des harmoniques de rang impair et multiple de 3 (3, 9, ).


Chapitre 5 - Transformateur en régime sinusoïdal ko

  • 1- Introduction
  • 2- Transformateur parfait
  • 3- Transformateur réel
  • 4- Schéma équivalent : diagramme de Kapp
  • 5- Chute de tension en charge
  • 6- Bilan de puissance
  • 7- Transformateur triphasé


Cours Le transformateur en régime sinusoïdal (niveau 2)  ko

  • 1- Introduction
  • 2- Le transformateur parfait
  • 3- Le transformateur réel
  • 4- Bilan de puissances
  • 5- Essais d&#;un transformateur
    • Essai avec secondaire à vide
    • Essai avec secondaire en court-circuit
  • 6- Modèle de Thévenin ramené au secondaire
    • Détermination expérimentale des éléments du schéma équivalent
    • Prédétermination du fonctionnement en charge
    • Formule approchée de la chute de tension au secondaire
  • 7- Rôle des transformateurs dans le transport et la distribution de l&#;énergie électrique


 


 

Chapitre 6 - Champ magnétique tournant95 ko

  • 1- Champ tournant produit par un aimant
  • 2- Champ tournant produit par un système triphasé
  • 3- Principe de la machine synchrone
  • 4- Principe de la machine asynchrone








Chapitre 7 - Machine synchrone triphasée ko


Cours La machine synchrone triphasée (niveau 2) ko

  • 1- Constitution
  • 2- Types de fonctionnement
    • Fonctionnement en moteur
    • Fonctionnement en génératrice (alternateur)
  • 3- Relation entre vitesse de rotation et fréquence des tensions triphasées
  • 4- Etude de l'alternateur
    • Fonctionnement à vide
    • Fonctionnement en charge : diagramme de Behn-Eschenburg
    • Détermination expérimentale des éléments du modèle équivalent
  • 5- Bilan de puissance de l'alternateur
  • 6- Alternateur monophasé
  • 7- Le moteur synchrone triphasé



 

Chapitre 8 - Machine asynchrone triphasée ko



 

2ème partie : Cours d'électronique de puissance

Chapitre 0 Introduction99 ko

  • 1- Conversion AC/DC
  • 2- Conversion DC/DC
  • 3- Conversion DC/AC
  • 4- Conversion AC/AC 





Chapitre 1 Montages redresseurs ko

  • 1- Redressement non commandé
    • Rappel sur la diode
    • Pont de Graëtz monophasé (PD2)
    • Application : alimentation continue alimentée par le secteur
  • 2- Redressement commandé
    • Le thyristor (ou SCR : Silicon Controlled Rectifier)
    • Pont mixte symétrique monophasé (PD2)
  • 6 exercices corrigés sur le redressement ko


  • Annexe : Simulation avec Excel des ponts PD2
    • Pont PD2 tout diodes (tensions, courants avec charge R ou RL, spectre, facteur de puissance)
    • Pont PD2mixte (tensions, courants avec charge RLE, spectre, facteur de puissance)
    • Pont PD2 tout thyristors (tensions, courants, charge : machine à courant continu à courant d'induit supposé parfaitement lissé, fem, vitesse de rotation, spectre, facteur de puissance)
    • Pont PD2 tout thyristors (tensions, courants avec charge RLE, fem, vitesse de rotation, spectre, facteur de puissance)

 

      • Exemple n°1 : pont PD2 tout diodes avec charge inductive ohms 1 henry

 

      • Exemple n°2 : pont PD2 tout thyristors avec angle de retard à l'amorçage de 60°


 

Chapitre 2 Les hacheurs ko

  • 1- Principe du hacheur série
  • 2- Application à la commande d'un moteur à courant continu





Cours Le hacheur série (niveau 2)      ko

  • 1- Symbole général du convertisseur DC / DC
  • 2- Principe du hacheur série (abaisseur de tension)
  • 3- Application : commande de la vitesse d&#;un moteur à courant continu à excitation indépendante
  • 4- Ondulation du courant



 

Chapitre 3 Les onduleurs autonomes ko


Cours Les onduleurs autonomes (niveau 2) 
ko

  • 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
  • 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs)
    • Commande symétrique
    • Commande décalée







  • Annexe : simulation avec Excel d'un onduleur monophasé à deux transistors (commande symétrique, tensions, courants avec charge RL, harmoniques, spectres, facteur de puissance)
  • Télécharger la feuille Excel ko
    • Exemple : onduleur avec charge inductive ohms 1 henry, sources de tension 30 V, fréquence 50 Hz

  • Annexe : simulation avec Excel d'un onduleur monophasé à quatre transistors (commande symétrique, commande décalée, tensions, courants avec charge RL, harmoniques, spectres, facteur de puissance)
  • Télécharger la feuille Excel ko
    • Exemple : onduleur avec charge inductive ohms 0,5 henry, source de tension 30 V, fréquence 50 Hz, commande décalée 4 ms




Chapitre 4 Les gradateurs ko

  • 1- Gradateur monophasé
  • 2- Application à la commande de chauffage d'un radiateur
  • Annexe : simulation avec Excel d'un gradateur monophasé
    • Mots clés : gradateur avec charge résistive, chronogrammes des tensions et courants, taux de distorsion harmonique, décomposition en série de Fourier, harmoniques, spectre de fréquence, facteur de puissance
    • Télécharger la feuille Excel ko

     


LogEleec

LogELeec est un logiciel gratuit de saisie de schémas électrotechniques de type schémas de branchement, unifilaires, multifilaires, architecturaux et développés, pour le bâtiment et l'industrie.
Il permet aussi de dessiner des grafcets ainsi que des schémas pneumatiques et hydrauliques.

Afin de pouvoir bénéficier de cette application, vous devez créer un compte personnel sur le forum : bringdadabeer.com

bringdadabeer.com
bringdadabeer.com


Bibliographie

Niveau bac :

  • Physique appliquée ; Terminale STI Génie électrotechnique ; J.M. Delva J. Leclercq R. Trannoy ; Editions Hachette
  • Physique appliquée ; Terminale STI Génie électrotechnique ; J. Lafargue R. Le Goff T. Lecourieux ; Editions Nathan
  • Machines électriques ; Terminale F3 ; Jean Niard ; Editions Nathan

Niveau BTS / DUT :

Niveau master, écoles d'ingénieurs :

  • Electrotechnique industrielle ; Guy Séguier & Francis Notelet ; Editions Tec & Doc
  • L'électronique de puissance : Les fonctions de base et leurs principales applications ; Guy Séguier ; Editions Dunod
  • Cours d'électrotechnique 1. Machines tournantes à courants alternatifs ; Jean-Louis Dalmasso ; Editions Belin
  • Cours d'électrotechnique 2. Traitement de l'énergie électrique (convertisseurs statiques) ; Jean-Louis Dalmasso ; Editions Belin

Liens utiles




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© Fabrice Sincère ; Révision


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