Conversion,transport,distribution de l'énergie électrique

I La conversion d'énergie par alternateur

-Un alternateur convertis l'énergie mécanique en énergie électrique, il est composé de 2 parties

-Le rotor (ou l'inducteur): partie mobile, composé de plusieurs aimants

-Le stator (ou l'induit): partie fixe, constituée d'une bobine

REMARQUE: le nombre de tour de fil de cuivre dans la bobine est appelé nombre de spires

1) Principe

-La rotation du rotor créée une variation du champ magnétique dans la bobine

➥Variation de flux dans les spires

➨Création d'une force électromotrice dans chaque spires

Formule: $e = n\; ✕ \; {dΦ}/{dt}$

e: force électromotrice totale, n: nombre de spires

2) Caractéristiques de la grandeur électrique

Représentation graphique:

-La tension: alterne entre deux valeurs extrêmes: +Um et -Um

➥ allure sinusoïdale

Formule: $ e = U_m \; ✕ \; sin(ω) \; ✕ \; t$

$ ω = {2π}/{T}$ la pulsation exprimée en radian par seconde

-La période (T): en seconde, temps que le rotor mets pour faire 1 tour

Formule: $ T = {1}/{f}$ ou $ T = {1}/{n \; ✕ \; p}$

-La fréquence: en hertz, nombre de période par seconde

Formules: $ f = {1}/{T}"$ ou f = n ✕ p

n: vitesse du rotor en tour/seconde, p: nombre de pair de pôles du rotor

REMARQUE: si on ajoute une pair de pôles au rotor alors on divise par 2 la période

3) Alternateur triphasé

-C'est un alternateur avec 3 bobines autour d'un seul rotor

L'allure de la courbe d'un alternateur triphasé est la même que celle d'un alternateur

➥Vous aurez le même schéma que celui plus haut, mais avec 3 courbes décalées de $ {2π}/{3}$

2π: 1 tour, 3: tri phasé = 3 bobines

-Moins de bobinage

➥Moins de pertes

➨Meilleur rendement

-Moins de fils pour l'acheminement

-Champs magnétique tournant pour les récepteurs

Représentation graphique:

Voir: le moteur à courant continu

II Le transport de l'énergie électrique

REMARQUE: La fréquence du réseau français est de 50 Hertz

1) Nature et quantification simplifiée des perte en lignes

Pu: puissance disponible en bout de ligne

Pf: puissance électrique délivrée par la centrale

Pj: pertes de puissance par effet joules sur les lignes

Formule: $ Pj = R\; ✕ \; I^2$

I: intensité du courant

R: résistance du conducteur, $ R = ρ \; ✕ \; {l}/{s}$ (s: section du conducteur, l: distance de transport, ρ: coefficient de résistivité

➥Pertes par effet joule dépendent principalement de l'intensité du courant

Formule: Pu = Pf-Pj

➥Puissance disponible = puissance fournie - pertes par effet joule

➨Plus la tension est haute, moins il y a de pertes

2) Les dispositifs élévateur et abaisseur de tension: les transformateurs

Le transformateur est un convertisseur qui convertit un courant alternatif en un autre courant alternatif qui a la même fréquence mais une amplitude différente

a) Principe de fonctionnement

-Tension alternative (réseau électrique) u1 branchée à une bobine primaire

➥Circulation d'un courant i1 qui crée un champ magnétique dans le transformateur

-Le transformateur canalise ce champ magnétique vers la bobine secondaire

➥Champs magnétique variable dans la bobine secondaire

➨Création d'une tension u2 dans la bobine secondaire

-Le générateur impose les tensions et la charge impose les courants

-Formule pour les tensions: $ {U_2}/{U_1} = {N_2}/{N_1}$

-Formule pour les courantss: $ {I_1}/{I_2} = {N_2}/{N_1}$

N1: nombre de spire dans la bobine primaire, N2 nombre de spire dans la bobine secondaire

REMARQUE: Les circuits primaire et secondaire n'ont aucun contacte (isolation galvanique)

b) Rendement d'un transformateur

P1: puissance au primaire reçue par le transformateur

P2: puissance au secondaire fournie par le transformateur

-Rendement: $ R= {P_2}/{P_1} = {U_2 \; ✕ \; I_2}/{U_1 \; ✕ \; I_1} = {N_2 \; ✕ \; I_2}/{N_1 \; ✕ \; I_1}$

-Les pertes par effet joules et pertes magnétiques

-Les rendements des transformateurs sont de l'ordre de 98% à 99%

CONCLUSION: les transformateurs ont de très bon rendement

Le passage d'un courant continue à un courant alternatif

1) Abaisser la tension avec un transformateur

-On entre un courant alternatif Ue de 230v dans le transformateur

➥Il en sort un courant alternatif Us de 6 v

➨ Le rapport de transformation est: $ {U_e}/{U_s} = {N_1}/{N_2}$

-L'allure de ce courant est sinusoïdal

➥La valeur de la crête est $ U_{max} = √{2} \; ✕ \; U_{eff}$

➥Ici: Umax = √2 *6 car Ueff = Us (et ici Us = 6)

REMARQUE: ici, Umoy = 0

2) Redresser la tension par un pont de diode

➥Vert: parcours du courant dans le sens positif (+ vers -)

➥Rouge: parcours du courant dans le sens négatif (- vers +)

Les diodes ne laissent passer le courant que dans un sens, or le courant positif à un sens opposé au courant négatif

➥Le pont de diode permet d'avoir en sortie (ici: la résistance) un courant qui vas toujours dans le même sens (positif)

-On fait entrer le courant alternatif sinusoïdal de tension Ve

➥Il en sort un courant alternatif toujours positif de tension Vs

➨Le courant n'est plus sinusoïdal mais toujours périodique

-On a comme tension maximum: $ U_{max} = √{2} \; ✕ \; U_{eff}$ pour la crête

- La tension moyenne est : $ U_{moy} = {2\; ✕ \; U_{max}}/{π}$

3) Stabiliser la tension par un condensateur

-Quand la tension de sortie du pont de diodes (Vs):

-Est élevée (tracé bleu), le condensateur se charge

-Diminue, le condensateur redistribue le courant dans le système

➥Le condensateur compense le manque de tension, il la redistribue pour l'équilibrer

-On peut dire que le condensateur lisse/écrase la tension pour la rendre plus linéaire

-Une tension alternative UE rentre

➨Une tension approximativement continue Us sort

La plus part des appareil utilisent une tension continue qui, comme son nom l'indique, permet d'alimenter de façon permanente (en continue) et sans différence de tension( grâce au condensateur

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