RENDEMENT DES GENERATEURS ET DES MOTEURS ELECTRIQUES 1 ) Générateurs électrochimiques 2) Accumulateurs électriques 3) moteurs à courant continu
1) CAS D'UN GENERATEUR : LA PILE La pile ne possède pas d énergie électrique en stock ; c est un réservoir d énergie chimique. Elle convertit cette énergie chimique en énergie électrique directement utilisable (énergie utile) et en énergie thermique (chaleur qui est souvent perdue). On dit que la pile est un convertisseur d énergie. La conversion de l énergie chimique en énergie électrique n a lieu qu à la demande, c est-à-dire quand la pile est reliée à un circuit électrique fermé
BILAN DES PUISSANCES D'UN GENERATEUR ELECTROCHIMIQUE ( PILE) électrique utilisable pour le circuit de charge Pu générateur chimique (provenant de réactions chimiques) Pch pile Bilan des puissances : Pch = Pu + Pj thermique dissipée par effet Joule Pj
CARACTERISTIQUE INTENSITE TENSION D'UN GENERATEUR UPN UPN = 4,59 2,25 I L'équation de la caractéristique est : UPN = 4,59 2,25 I I
MODELISATION D'UN GENERATEUR L'équation de la caractéristique est : U PN = 4,59 2,25 I Ce qui peut s'écrire sous la forme : UPN UPN = E r I I Avec r : résistance interne Ici E = 4,59V (valeur de du générateur en Ω Avec E : fem en V la tension à vide, quand I = 0) Ici r = 2,25Ω (valeur absolue du coefficient directeur de U = f(i))
MODELISATION D'UN GENERATEUR On peut modéliser le générateur par une association série : UPN = E r I I UPN I <=> E d'une source de tension E ri et d'un conducteur ohmique de résistance r, parcouru par le courant I.
RENDEMENT D'UN GENERATEUR La puissance utile électrique est : Pu = UPN.I Or, on a : Donc : UPN = E ri Pu = UPN.I = (E ri). I Pu = EI - ri2 utile dissipée par Effet Joule PJ résultant des réactions chimiques Pch
RENDEMENT D'UN GENERATEUR Pu = EI - ri2 utile dissipée par Effet Joule Pj résultant des réactions chimiques Pch C'est le bilan des puissances : Pu = Pch - Pj soit Pch = Pu + Pj Le rendement du générateur est donné par : η= PU P CH = U PN. I E.I = U PN E
2) CAS D'UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE Les batteries ou accumulateurs sont le siège de réactions électrochimiques. Il y a convertion d'énergie chimique en énergie électrique lorsqu'ils alimentent certains appareils électriques et électroniques. Il y a convertion d'énergie électrique en énergie chimique lorsqu'on les recharge.
BILAN DES PUISSANCES D'UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE chimique utilisable Pu électrique reçue accumulateur Pe Bilan des puissances : Pe = Pu + Pj Pc thermique dissipée par effet Joule Pj
CARACTERISTIQUE INTENSITE TENSION D'UN ACCUMULATEUR UAB(V) 0,8 1,3 2,3 3,3 4,3 5,3 I (ma) 0 10 30 50 70 90 UAB(V) 6 5 UAB 4 I 3 UAB = 0,8 + 50.I 2 1 I(mA) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 L'équation de la caractéristique est : 80 90 100 UAB = 0,8 + 50 I
MODELISATION D'UN ACCUMULATEUR L'équation de la caractéristique est : UAB = 0,8 + 50 I Ce qui peut s'écrire sous la forme : UAB UAB = E + r I I Avec E : fem en V Ici E = 0,8V (valeur de la tension à vide, quand I = 0) Avec r : résistance interne de l'accumulateur en Ω Ici r = 50Ω (valeur du coefficient directeur de U = f(i))
MODELISATION D'UN ACCUMULATEUR On peut modéliser l'accumulateur par une association série : UAB = E + r I I I <=> UAB E d'une source de tension E ri et d'un conducteur ohmique de résistance r, parcouru par le courant I.
RENDEMENT D'UN ACCUMULATEUR La puissance électrique reçue est : Pe = UAB.I Or, on a : Donc : UAB = E + ri Pe = UAB.I = (E + ri). I Pe = EI + ri2 électrique reçue dissipée par Effet Joule PJ chimique utilisable Pu
RENDEMENT D'UN ACCUMULATEUR Pe = EI + ri2 électrique reçue dissipée par Effet Joule PJ chimique utilisable Pu C'est le bilan des puissances : Pe = Pu + Pj Le rendement du générateur est donné par : Pu E. I E η= = = Pe UAB.I UAB
3) CAS D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU Un moteur à courant continu convertit une puissance électrique reçue en une puissance mécanique. Il vérifie la loi : U = E + ri
BILAN DES PUISSANCES D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU Rendement : η= PU PE = thermique dissipée par effet Joule PJ PU U.I électrique reçu PE Bilan des puissances : Pe = Pu + Pj + Pc Moteur à mécanique utilisable par la charge PU courant continu Pertes collectives PC (frottements et magnétisme)