Cours d'électrotechnique
Cours
d'électronique de puissance
Avec exercices
et problèmes corrigés
Ce cours d'électrotechnique est constitué de deux
parties :
- 1ère partie : cours sur les machines électriques
- 2ème partie : cours d'électronique de puissance
1ère partie : Cours sur les
machines électriques
Chapitre 1 - Machine à courant continu
647
ko
- 1- Constitution
- 1-1- L'inducteur
- 1-2- L'induit
- 1-3- Le collecteur et les balais
- 2- Principe de fonctionnement
- 2-1- Fonctionnement en moteur
- 2-2- Fonctionnement en génératrice
- 3- Schéma électrique équivalent
- 3-1- Expression de la fem induite
- 3-2- Expression du couple électromagnétique
- 3-3- Conversion de puissance
- 3-4- Flux magnétique créé sous un pôle
- 3-5- 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
109 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 100 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 534 ko
- 1- Monophasé et triphasé
- 2- Système triphasé
- 3- Récepteurs triphasés équilibrés
- 3-1- Couplage étoile
- 3-2- Couplage triangle
- 4- Puissances en régime triphasé
équilibré
N.B. Cet oscillogramme a été créé avec
l'application gratuite SimOscillo.
- Annexe 1 : Mesure de puissances en triphasé
- Annexe 2 :
Chapitre
4 - Puissances et harmoniques (niveau BTS / IUT) 279 ko
- I- Définitions
- I-1- Décomposition en série de Fourier
- I-2- Valeur efficace (True RMS)
- I-3- Valeur efficace des harmoniques
- I-4- Taux de distorsion harmonique THD
- I-5- Puissance apparente S (en VA) de la
charge
- I-6- Puissance active P (en watts)
consommée par la charge
- I-7- Puissance réactive Q (en vars)
consommée par la charge
- I-8- Facteur de puissance PF (Power Factor)
- I-9- Facteur de déplacement DPF
(Displacement Power Factor)
- I-10- 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 CA8220 (Chauvin Arnoux)
- Bibliographie
- Annexe : Extrait de la norme CEI 61000-2-2 :
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 453 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 = 113 %.
- 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 175 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 230 V / 400 V 50 Hz. Pour simplifier,
on a supposé que le réseau et le moteur sont parfaitement équilibrés.
Le taux de distorsion harmonique des
courants de ligne est : THD = 20 %. La fréquence du courant dans le
neutre est 150 Hz (3ème harmonique).
Chapitre 5 - Transformateur en régime sinusoïdal
308 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) 338 ko
- 1- Introduction
- 2- Le transformateur parfait
- 3- Le transformateur réel
- 4- Bilan de puissances
- 5- Essais d’un transformateur
- 5-1- Essai avec secondaire à vide
- 5-2- 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 tournant
95 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
295
ko
Cours
La machine synchrone triphasée (niveau 2) 332 ko
- 1- Constitution
- 2- Types de fonctionnement
- 2-1- Fonctionnement en moteur
- 2-2- Fonctionnement en génératrice
(alternateur)
- 3- Relation entre vitesse de rotation et
fréquence des tensions triphasées
- 4- Etude de l'alternateur
- 4-1- Fonctionnement à vide
- 4-2- Fonctionnement en charge : diagramme de
Behn-Eschenburg
- 4-3- 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
423
ko
2ème partie : Cours d'électronique
de puissance
Chapitre 0 Introduction 99 ko
- 1- Conversion AC/DC
- 2- Conversion DC/DC
- 3- Conversion DC/AC
- 4- Conversion AC/AC
Chapitre
1 Montages redresseurs 255 ko
- 1- Redressement non commandé
- 1-1- Rappel sur la diode
- 1-2- Pont de Graëtz monophasé (PD2)
- 1-3- Application : alimentation continue
alimentée par le secteur
- 2- Redressement commandé
- 2-1- Le thyristor (ou SCR : Silicon
Controlled Rectifier)
- 2-2- Pont mixte symétrique monophasé (PD2)
- 6
exercices corrigés sur le redressement 154 ko
- Annexe : Simulation avec Excel des ponts PD2
- Pont PD2 tout diodes (tensions, courants
avec charge R ou RL, spectre, facteur de puissance)
- Pont PD2 mixte
(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 100 ohms 1 henry
- Exemple n°2 : pont PD2 tout thyristors avec
angle de retard à l'amorçage de 60°
Chapitre
2 Les hacheurs 122
ko
- 1- Principe du hacheur série
- 2- Application à la commande d'un moteur à
courant continu
Cours
Le hacheur série (niveau 2) 312 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 134 ko
Cours
Les onduleurs autonomes (niveau 2) 206 ko
- 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
- 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre
interrupteurs)
- 2.1. Commande symétrique
- 2.2. 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 332 ko
- Exemple : onduleur avec charge inductive 100
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 535 ko
- Exemple : onduleur avec charge inductive
100 ohms 0,5 henry, source de tension 30 V, fréquence 50 Hz, commande
décalée 4 ms
Chapitre
4 Les gradateurs 105 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 209 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 : forum.myeleec.fr
www.myeleec.fr
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 2.4
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