MODUL 1 MODUL 1. ésistance interne (générateur). Pertes par effet Joule. Pertes en ligne. Performances-seuils. L élève sera capable 1. d expliquer l effet qu occasionne la résistance interne d une source de tension et de calculer le taux de régulation ; 2. d expliquer les pertes en ligne ; 3. d expliquer les pertes par effet Joule.
MODUL 1 1. ésistance interne des sources de tension 1.1. ésistance interne. Toute source de force électromotrice, qu il s agisse d une génératrice, d une batterie ou d une alimentation de laboratoire (figure ci-dessous), à une certaine résistance interne. Le circuit équivalent réel d une source de f.é.m. est donc semblable à celui-ci : Nous allons donc étudier l incidence de la résistance interne d une source sur sa tension de sortie, de sorte que nous serons en mesure d expliquer tout problème pouvant se présenter au sujet d une source de f.é.m. Jusqu à maintenant, notre analyse des circuits s est faite avec l hypothèse que la source de tension employée était idéale, c est-à-dire que sa résistance interne était nulle. Dorénavant, nous tiendrons compte, sauf indication contraire, de l existence de la résistance interne.
MODUL 1 La source de tension idéale illustrée à la figure A, a une résistance interne nulle ; sa tension de sortie est constante, sans charge () ou à pleine charge. Compte tenu maintenant de la résistance interne de la source (figure B), la tension de sortie est seulement si la charge est nulle ( c = 0). Dès qu'une charge ( c ) est raccordée à la source (figure C), la tension de sortie de la source chute à s, en raison de la chute de potentiel aux bornes de la résistance interne. (Figure A) (Figure B) (Figure C) Appliquons la loi des tensions du circuit de la figure C, nous obtenons : int S 0 int S 0 S int
MODUL 1 Cette dernière équation permet donc de calculer la résistance interne d'une source si elle est inconnue n effet, on obtient par simple transformation: int S S int C Conclusion: l suffit de mesurer la tension de sortie en l'absence de charge, et l'intensité du courant qui passe dans le circuit de charge pour déterminer la valeur de la résistance interne de la source utilisée. Le dessin suivant représente un exemple de la courbe de tension de sortie en fonction de l'appel de courant. emarquer que l'augmentation du courant de charge fait nécessairement augmenter le courant qui passe dans la source et par conséquent, la chute de tension due à sa résistance interne, ce qui provoque une baisse de la tension présente aux bornes de la source.
MODUL 1 1.2. égulation de tension. déalement, une source de tension fournirait une tension de sortie constante malgré les variations du courant dans la charge (c). n d'autres termes, une source de 12V fournirait constamment une tension de sortie de 12V malgré les variations de l'appel de courant dans la charge. Toutefois, les sources de tensions réelles s'écartent de ces conditions idéales. Le taux de régulation d'une source est une mesure de cet écart: il se définît à partir de la tension fournie pour la charge maximale de service et de la tension fournie pour une charge nulle de la façon suivante: cn cm Taux de régulation (V%) = 100% cm Dans les conditions idéales, cm = cn et V% = 0. Par conséquent, plus petit est le taux de régulation et plus petite est la variation de la tension de sortie avec la charge. l est également possible de démontrer que le taux de régulation est lui aussi donné par: V% int c 100% Pour une charge donnée, plus petite est la résistance interne, plus petit est par conséquent le taux de régulation. 2. Pertes par effet Joule. Lorsqu'un courant électrique circule dans un conducteur, on observe une augmentation de la température de ce conducteur: cet effet est appelé «effet Joule». l est dû à la collision des électrons avec les atomes du corps conducteur, qui libère ainsi de l'énergie sous forme de chaleur. La puissance P dissipée par effet Joule, qui s'exprime en watts (symbole W), se calcule par la relation: P=. 2.
MODUL 1 2. Pertes en ligne. Avant d'expliquer le phénomène de pertes en ligne il est peut-être nécessaire de rappeler quelques notions: Dans un circuit électrique traversé par un courant d'intensité et de tension U, la puissance utile P u s'exprime par la relation P u = U.. Prenons comme exemple une ligne à haute tension: Pour transporter le courant électrique sur de longues distances, on utilise des lignes à haute tension qui limitent les pertes excessives de la puissance utile. n effet, Si par exemple 200000 W sont fournis à un réseau électrique possédant une résistance de 10, le courant peut être transporté aussi bien sous une forte tension de 200000V avec un intensité de la, que sous une faible tension de 2000V avec une intensité de 100A (puisque la puissance utile est le produit de la tension par l'intensité du courant). Conformément à l'expression de la puissance dissipée par l'effet Joule (P=. 2 ), la perte de puissance sous 200000V n'est que de 10W, alors que sous 2000V, la perte de puissance atteint 100000W, soit la moitié de la puissance totale fournie. Cet exemple montre bien qu'il est beaucoup plus rentable d'acheminer le courant électrique sous haute tension. Pour ce faire, on emploie en pratique des transformateurs qui augmentent la tension. Tableau récapitulatif : Puissance fournie : Tension de ligne (Choisie) ésistance du réseau (mposée) Courant transporté Puissance dissipée (P= 2 ) 200 000 W 200 000 V 10 1 A 10 W 200 000 W 2 000 V 10 100 A 100 000 W On constate clairement qu'il est plus intéressant d'utiliser une ligne haute plutôt que basse tension.