MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S02 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT ALTERNATIF Loi d'ohm en alternatif

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1 Lycée Professionnel Les CANTS BAC PRO électrotechnique, énergie, équipements communicants ELECTROTECHNQE EXPERMENTATON MESRES SR DES APPLCATONS PROFESSONNELLES S02 CRCTS PARCORS PAR D CORANT ALTERNATF Loi d'ohm en alternatif Objectifs : A la fin du T.D., vous devez être capable de : Choisir la bonne configuration sur un appareil de mesure en fonction de la nature du courant Relever un oscillogramme et visualiser un déphasage entre le courant et la tension. Énoncer et vérifier les caractéristiques d un récepteur alternatif selon sa nature. Pré requis : Savoir placer et utiliser un multimètre numérique en vue d effectuer une mesure de tension et Savoir placer et utiliser une pince ampèremètrique en vue d effectuer une mesure de courant. Domaine de connaissances : On Donne : - le document de travail, - le matériel nécessaire aux expériences à réaliser, - les schémas des différents montages, - les appareils de mesures. - Le logiciel «guide des métiers de l électrotechnique» On Demande : - de compléter le document de travail, - de réaliser les montages demandés, la mise sous tension se fera en présence du professeur, - d effectuer les mesures en toute sécurité. Savoirs: S0 Électrotechnique Expérimentation et mesures S1 Distribution de l énergie électrique S2 tilisation de l énergie électrique S3 nstallations et équipements électriques S4 nstallations communicantes S5 Sécurité des personnes des biens et de l environnement S6 Représentation graphique et modélisation Cours TD TP Durée 2 nde 1 ère Terminale 3 h 00 NOM : Prénom :. Date : Note :./ 20 1/8

2 A. Problématique Nous avons vu que la bobine et le condensateur réagissaient lors de variation de courant ou de tension. En alternatif, la variation étant permanente, les phénomènes d'auto-induction ou d'influence de charges se répètent continuellement. Selon la fréquence, il en découle que le courant pourra plus ou moins s'établir selon la nature des récepteurs. Ainsi en alternatif, ceci se traduit par une relation entre l'intensité et la tension analogue à la résistance mais liée aux caractéristiques de la bobine ou du condensateur. Cette entité est désignée sous le terme de réactance et d'une façon globale d'impédance. Dans le même temps, en alternatif, la loi d'ohm tient compte de la nature du récepteur. Au cours de ce TP, nous verrons comment écrire ces lois et quel est le comportement du courant à travers des récepteurs de type résistif, inductif et capacitif alimentés en alternatif. B. Expérience 1 : notion d'impédance On se propose de mesurer la tension et l intensité dans une lampe à incandescence puis dans une bobine et enfin dans un condensateur alimentée à partir d une source de 24V continue puis alternative. Schéma de principe A1 Voie B +Voie A N.B. G V1 Z "Z" symbolise l'impédance du récepteur c'est-à-dire sa propriété à s'opposer au passage du courant. À tour de rôle, on remplacera la résistance par la bobine puis par le condensateur. -Voie A Sur le schéma précédent, indiquez les polarités des appareils de mesure. Réalisation Vous disposez : D un générateur G qu il faudra régler sur 24V D une source de 24V intégrée au poste d alimentation D une lampe 24V, d'une bobine de 1,1H et d'un condensateur de 3,3 F D un voltmètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre V. D un ampèremètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre A. Réalisez le branchement, configurez les appareils et appelez le professeur pour vérification. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur 2/8

3 Observations 1. tilisation de l alimentation stabilisée réglée à 24V (f=0hz). Récepteur / Résistance Bobine Condensateur 2. tilisation de la source 24V / 50Hz du poste de travail. Récepteur / Résistance Bobine Condensateur Constatation : Lorsque la fréquence augmente, le rapport / augmente reste constant diminue Conclusion : Pour la résistance Pour la bobine Pour le condensateur cocher les cases qui conviennent. Le rapport / donne un résultat qui peut rester constant ou au contraire évoluer dans un sens ou dans l'autre en fonction de la fréquence selon la nature du récepteur. D'une manière générale en alternatif, ce rapport est appelé impédance et se désigne par la lettre Z Comme pour la résistance son unité est également l'ohm. 3/8

4 C. Loi d'ohm en alternatif selon la nature du récepteur Prendre connaissance de la partie "récepteurs élémentaires" à partir de l'index du logiciel «guide des métiers de l électrotechnique». À partir du schéma précédent on souhaite mesurer et visualiser l'intensité et la tension dans des résistors alimentés en alternatif. 1. Récepteur purement résistant. Réalisation Vous disposez : D une source de 24V intégrée au poste d alimentation D un boitier de résistors de 47 et 56 D un voltmètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre V. D un ampèremètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre A. D un oscilloscope Réalisez le branchement, configurez les appareils et appelez le professeur pour vérification. Mesures Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Pour les deux résistors de plus forte valeur (47 et 56 ) compléter les valeurs mesurées pour l'intensité et la tension. Valeur du résistor / Pour R=56 relever l'oscillogramme du courant et de la tension puis tracer les vecteurs de Fresnel. Calibre Voie A : _ Calibre Voie B : _ Calibre Base de Temps : _ 4/8

5 Conclusion : Dans un résistor, la loi d'ohm en alternatif s'exprime comme en continu : Le déphasage entre la tension et l'intensité est de _ = _ rd 2. Récepteur inductif. Réalisation Vous disposez : D une source de 24V intégrée au poste d alimentation D une bobine de 1,1 H / 10 D un voltmètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre V. D un ampèremètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre A. D un oscilloscope Réalisez le branchement, configurez les appareils et appelez le professeur pour vérification. Mesures Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Pour deux valeurs de l'inductance (L = 1,1H et L = 0,75H) compléter les valeurs mesurées pour l'intensité et la tension. Valeur de l'inductance / 1,1 Henry 0,75 Henry Pour L=1,1H, relever l'oscillogramme du courant et de la tension puis tracer les vecteurs de Fresnel. Calibre Voie A : _ Calibre Voie B : _ Calibre Base de Temps : _ 5/8

6 Conclusion : Dans une bobine, nous avons vu précédemment que le courant est : (cocher la solution) proportionnel / inversement proportionnel à la fréquence En outre les mesures précédentes nous montrent que ce courant est également : (cocher la solution) proportionnel / inversement proportionnel à l'inductance. Dans le cas d'une inductance pure (théorique), la loi d'ohm en alternatif s'exprime : cf «guide des métiers de l électrotechnique». La réactance de l'inductance est égale à Le déphasage entre la tension et l'intensité est de _ = _ rd (l'intensité est en retard sur la tension) Exercice : ne bobine à une inductance de 500mH. 1) Calculer sa réactance lorsqu'elle est soumise à un courant de fréquence 50Hz puis à un courant de fréquence 100Hz. 2) Calculer dans chaque cas la valeur de l'intensité si la tension est de 230V. 3. Récepteur capacitif. Réalisation Vous disposez : D une source de 24V intégrée au poste d alimentation D une boite de condensateurs de 3,3 F/400V D un voltmètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre V. D un ampèremètre (multimètre numérique MX 53C) symbolisé par la lettre A. D un oscilloscope Réalisez le branchement, configurez les appareils et appelez le professeur pour vérification. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur 6/8

7 Mesures Pour un condensateur puis deux branchés en parallèle, compléter les valeurs mesurées pour l'intensité et la tension. Valeur de la capacité / 3,3 F 2 x 3,3 F = 6,6 F Pour C=3,3 F, relever l'oscillogramme du courant et de la tension puis tracer les vecteurs de Fresnel. Calibre Voie A : _ Calibre Voie B : _ Calibre Base de Temps : _ Conclusion : Dans un condensateur, nous avons vu précédemment que le courant est : (cocher la solution) proportionnel / inversement proportionnel à la fréquence En outre les mesures précédentes nous montrent que ce courant est également : (cocher la solution) proportionnel / inversement proportionnel à la capacité. Dans le cas d'un condensateur, la loi d'ohm en alternatif s'exprime : cf «guide des métiers de l électrotechnique». La réactance d'un condensateur est égale à : Le déphasage entre la tension et l'intensité est de _ = _ rd (l'intensité est en avance sur la tension) 7/8

8 Exercice : n condensateur à une capacité de 100 F. 1) Calculer sa réactance lorsqu'elle est soumise à un courant de fréquence 50Hz puis à un courant de fréquence 100Hz. 2) Calculer dans chaque cas la valeur de l'intensité si la tension est de 230V. 8/8