Sommaire. Projet 1 Éclairage d un entrepôt - Première partie... 8 Cours 1 Grandeurs sinusoïdales... 10

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1 Sommaire Projet 1 Éclairage d un entrepôt - Première partie... 8 Cours 1 Grandeurs sinusoïdales Projet Éclairage d un entrepôt - Deuxième partie... 1 Cours Puissances et compensation en monophasé Projet 3 Bilan des puissances dans une laiterie... Cours 3 Puissances et compensation en triphasé... 4 Projet 4 Sujets d examens sur les transformateurs triphasés... 8 Cours 4 Les transformateurs triphasés et les transformateurs particuliers... 3 Projet Sujets d examens sur les réseaux HTA Cours Les réseaux HTA Projet Sujets d examens sur les schémas de liaison à la terre (SLT)... Cours Les schémas de liaison à la terre (SLT)... 3 Projet 7 Sujets d examens sur les protections des réseaux BT Cours 7 Appareillage industriel... 8 Projet 8 Sujets d examens sur les câbles et canalisations - Dimensionnement d une installation Cours 8 Câbles et canalisations - Dimensionnement d une installation Projet 9 Projets d études sur la gestion de l énergie électrique et la tarification... 1 Cours 9 Gestion de l énergie et tarification Projet 10 Projets d études sur les moteurs asynchrones triphasés Cours 10 Moteur asynchrone triphasé - Démarrage des moteurs... 1 Projet 11 Projets d études sur les moteurs à courant continu et les variateurs de vitesse... 1 Cours 11 Moteurs à courant continu et autres machines tournantes - Les variateurs de vitesse Projet 1 Éclairage du Stade de France et avant-projet d éclairage Cours 1 Avant-projet d éclairage Corrections Réponses aux questions des projets

2 Projet 1 Éclairage d un entrepôt [Première partie] L éclairage d un entrepôt de stockage de marchandises est assuré par des tubes fluorescents de 3 W sous 30 V. Les allures de la tension et de l intensité sont visualisées par un oscilloscope qui donne les indications suivantes : Calibre volt : 100 V/div. Base de temps : ms/div. Mesures : U max = 3 V I max = 0,44 A Période = 0 ms BT ms/div. Question 1.1 Déterminez la fréquence du réseau ainsi que la valeur efficace de la tension. Voir cours 1 page 10 paragraphe A (relation entre la période et la fréquence ; relation entre la valeur max et la valeur efficace) Fréquence du réseau... Valeur efficace de la tension... Question 1. Déterminez le déphasage entre la tension et le courant. Relever la valeur du décalage (en ms) entre la tension et le courant sur l oscilloscope. Voir cours 1 page 11 paragraphe C Question 1.3 Tracez le diagramme de Fresnel en faisant apparaître l angle j. Échelle conseillée : 1 cm pour 100 V ; 1 cm pour 0,1 A Voir cours 1 page 1 paragraphe D1 8 Projet 1 - Éclairage d un entrepôt

3 Question 1.4 Le tube fluorescent (avec sa réglette) est considéré comme un circuit inductif (à cause de la présence du ballast), calculez l impédance du tube fluorescent. Voir cours 1 pages 13 et 14 paragraphe E3 Question 1. Sachant que la résistance du ballast est de 370 Ω, calculez la réactance (Lw) de la bobine du ballast. Voir cours 1 pages 13 et 14 paragraphes E1 et E3 Question 1. Un condensateur est branché aux bornes de l alimentation électrique de la réglette fluorescente, il a pour réactance 1 = 490 Ω. cw Tracez le diagramme des impédances pour déterminer l angle j et le cos j correspondant. Échelle conseillée : 1 cm pour 100 Ω. Voir cours 1 pages 13 et 14 paragraphes E à E4 Projet 1 - Éclairage d un entrepôt 9

4 Cours 1 Grandeurs sinusoïdales A / La tension alternative sinusoïdale L énergie électrique produite par les générateurs Alternance + dans les centrales de production est générée grâce aux générateurs à courant alternatif (alternateurs) ; tout simplement parce que les générateurs à courant alternatif ont un meilleur rende- Alternance ment que les générateurs à courant continu et sont de conception plus simple donc plus économique. En plus, la coupure d un arc électrique (par exemple lors d une ouverture d un circuit) se fait plus facilement que celle d un arc de courant continu. On considère le cercle trigonométrique de rayon OA qui évolue à une vitesse angulaire w, dans le sens inverse des aiguilles d une montre. La rotation du vecteur OA reproduit par translation une courbe sinusoïdale en fonction de l angle. La vitesse angulaire w, ou pulsation, est l angle, en radians, parcouru par seconde. w s exprime en radians par seconde (rad/s). ω A 0 t La valeur instantanée u est la valeur de la tension à un instant donné. La fonction ainsi décrite est une fonction trigonométrique (mathématique) de type : u = Û sin wt u : valeur instantanée (v) Û : tension maximale (valeur de crête) en volts (V) La relation entre la période et la fréquence : f = 1 f en Hertz (Hz) T T en seconde (s) Û(max) Û(max) 0 t La relation entre la vitesse angulaire (appelée pulsation) et la fréquence : T w = pf w en radians par seconde (rad/s) f en Hertz (Hz) Pour une tension alternative sinusoïdale, fournie par le réseau, U de 30 V (appelée valeur efficace), nous pouvons mesurer à l aide d un oscilloscope 3 V environ de valeur maximale (Û, amplitude maximale de crête) ; ainsi la relation entre la valeur maximale et la valeur efficace est : Û = U U = Û La valeur moyenne U est nulle (somme des alternances positives et négatives). U (ou U moy )= 0 volt. Û(max) 3 V U30 V U(moy) 0 U 30 V Û(max) 3 V t 10 Cours 1 - Grandeurs sinusoïdales

5 B / Le courant alternatif sinusoïdal Comme pour la tension, l intensité du courant alternatif sinusoïdal a pour valeur instantanée : i = Î sin wt Aussi la relation entre la valeur efficace et la valeur maximale s écrit-elle : Tension Courant I = Î C / Le déphasage C1 - Le cercle trigonométrique Le cercle trigonométrique a pour rayon l unité, les angles remarquables s expriment en degrés ou en radians. p radians (rad) = 30 degrés ( ) p rad = 180 p rad = 90 Exemple : un angle de 0 : a un cosinus de 1 (cos 0 = 0,) un sinus de 3 (sin 0 = 0,8) C - Le déphasage Lorsque deux grandeurs (tension ou intensité) sont parfaitement alignées, on dit que ces grandeurs sont en phase (angle de déphasage j = 0). Par contre, lorsqu elles sont décalées, on dit qu elles sont déphasées ou en déphasage (angle de déphasage j 0). BT ms/div. Exemple de relevé sur l oscilloscope : La base de temps est de millisecondes par division ( ms/ div.), la période T est de 0 ms, la fréquence f (= 1 ) est de 0 Hz. T Le déphasage relevé entre les grandeurs est de ms, ce qui correspond à p 10 = 3. T = 0 ms Cours 1 - Grandeurs sinusoïdales 11

6 Les normes CEI 034 et NF C définissent 3 sous-schémas pour le SLT TN : TN-C, TN-S et TN-C-S. C.1 Le schéma TN-C (terre et neutre commun) L 1 L L 3 PEN Utilisation Dans le TN-C, les conducteurs de neutre (N) et de protection (PE) sont confondus pour former le PEN. Ce SLT permet d économiser un câble (ainsi qu un pôle sur chacun des appareils de protection). Le conducteur «PEN» ne doit pas être coupé afin d assurer la protection des personnes. En cas de défaut, transformé en court-circuit, l intensité peut être très importante. Le schéma de liaison à la terre TN-C est interdit par la norme NF C : dans les locaux où il y a un risque d incendie ou d explosion, pour des sections de conducteurs (en cuivre) inférieures à 10 mm² (1 mm² en aluminium). C. Le schéma TN-S (terre et neutre séparés) L 1 L L 3 N PE Utilisation Dans le TN-S, le conducteur de protection et le conducteur neutre sont séparés et sont reliés uniquement au poste de distribution et à aucun autre point. Le TN-S est obligatoire pour les réseaux ayant des conducteurs avec une section inférieure à 10 mm² en cuivre ou une section inférieure à 1 mm² en aluminium. Avec ce schéma, il n y a pas de déclenchement intempestif sur de petits courants de défaut. Cours - Les schémas de liaison à la terre (SLT) 7

7 B - Démarrage étoile-triangle Ce mode de démarrage ne s applique qu aux moteurs dont la tension inférieure correspond à celle du réseau (exemple : pour un moteur 30/400 V, il faut un réseau 30 V triphasé) Le démarrage s effectue en deux temps : 1 er temps : couplage des enroulements en étoile, le moteur sous-alimenté démarre à une tension réduite U 3, e temps : suppression du montage étoile et couplage triangle, le moteur est alimenté à sa tension nominale. I I nom 7 T Tnom Couplage Couplage 3 Couplage Couplage N N nom N N nom 0 0, 0, 0, , 0, 0,7 1 Le démarrage étoile-triangle présente les avantages suivants : le courant de démarrage est de à 3 fois plus faible que dans le cas du démarrage direct, économique. Ce mode de démarrage présente deux inconvénients : le couple plus faible au démarrage, la coupure d alimentation au moment du passage d étoile en triangle. Ce type de démarrage est réservé pour les machines démarrant à vide : ventilateurs, machines à bois Cours 10 - Moteur asynchrone triphasé - Démarrage des moteurs 11

8 B3 - Démarrage par résistances statoriques Les résistances, dans un premier temps en série avec les enroulements statoriques du moteur, seront ensuite éliminées (court-circuitées). Le démarrage par élimination des résistances statoriques présente l avantage d avoir un courant de démarrage fois plus faible que dans le cas du démarrage direct, mais les inconvénients suivants : le couple est à peu près fois plus faible qu en démarrage direct, il y a nécessité de maintenance (présence de résistances). Ce type de démarrage permet essentiellement de régler le couple durant le démarrage à une valeur donnée en utilisant plusieurs jeux de résistances. L1 L3 L Q KM1 Démarrage en temps : 1 - Fermeture de KM1 et KM3 - Fermeture de KM 13 Q 14 9 F KM KM3 F1 S R W R V R U S KM1 3 KM1 F1 KM KM 1 KM U1 V1 W1 A1 A1 A1 M1 M~ 3~ 3 4 Q A KM1 A KM A KM3 B4 - Démarrage par résistances rotoriques Ce mode de démarrage exige l emploi d un moteur à rotor bobiné. Ce type de machines est réversible car elles peuvent fonctionner en régime moteur comme en régime alternateur. Les résistances, dans un premier temps en série avec les enroulements rotoriques du moteur, seront ensuite progressivement éliminées. Le démarrage par élimination des résistances rotoriques présente les avantages suivants : le courant de démarrage est plus faible que dans le cas du Moteur à rotor bobiné démarrage direct, le couple de démarrage est important, et l inconvénient suivant : nécessité d un moteur à rotor bobiné (plus onéreux). Ce type de démarrage est utilisé pour la traction : machines d ascenseurs, de traction (grues ). 1 Cours 10 - Moteur asynchrone triphasé - Démarrage des moteurs