1ère année d IUT de Mesures Physiques Travaux pratiques Module Électricité 2 Électrocinétique, circuits magnétiques, transformateur monophasé, système triphasé Arnaud MARTIN (rédaction) & Olivier BACHELIER (mise en forme LaTeX) Courriel : Olivier.Bachelier@univ-poitiers.fr Tel : 05-49-45-36-79 ; Fax : 05-49-45-40-34 Les commentaires constructifs et les rapports d erreurs sont les bienvenus!
Résumé Ce petit document d énoncés de travaux pratiques s inscrit dans le cadre des enseignements de premièreé année de l IUT de Poitiers-Châtellerault-Niort et s adresse aux étudiants du département de Mesures Physiques, situé sur le site de Châtellerault. L IUT de Poitiers-Châtellerault-Niort est un UFR de l Université de Poitiers. Le document se focalise principalement sur la maîtrise de quelques grandeurs et concepts de l électricité (puissances active, réactive, apparente), sur la bobine à noyau de fer, sur le transformateur monophasé, et, enfin, sur le système triphasé. Connaissances préalables souhaitées Les étudiants doivent maîtriser un minimum les concepts vus dans le module Électricité 1 et s appuyer sur le contenu de leurs notes de cours ainsi que sur les exercices effectués en séances de travaux dirigés. Déroulement des séances Le module Électricité 2 comprend quatre séances de TP de 4h00 au cours desquelles les notions vues en cours et ne TD sont illustrées. Les quatre séances sont ainsi réparties : notions et mesures de puissance en monophasé ; bobine à noyau de fer ; transformateur monophasé ; système triphasé.
Table des matières 1 Puissances en monophasé 1 1.1 Étude préliminaire.......................................... 1 1.1.1 Préparation.......................................... 1 1.1.2 Expérimentation....................................... 2 1.1.2.1 À propos du matériel... quelques consignes.................... 2 1.1.2.2 Charge résistive.................................. 2 1.1.2.3 Charge inductive.................................. 3 1.1.2.4 Charge capacitive................................. 3 1.1.2.5 Charges résistive et capacitive en parallèle.................... 3 1.2 Étude d une installation........................................ 3 1.2.1 Préparation.......................................... 3 1.2.2 Expérimentation....................................... 4 1.2.2.1 Simulation de l atelier............................... 4 1.2.2.2 Amélioration du facteur de puissance....................... 4 2 Bobine à noyau de fer 5 2.1 Préparation.............................................. 5 2.1.1 Lectures et consignes préliminaires............................. 5 2.1.2 Calculs préparatoires..................................... 6 2.2 Expérimentation............................................ 7 2.2.1 Mesure de la résistance de la bobine primaire........................ 7 2.2.2 Étude du cycle d hystéresis.................................. 7 2.2.2.1 Cyclei 1 = f(v 1 )................................. 7 2.2.2.2 CycleB = f(h)................................. 7 2.2.3 Schéma équivalent de la bobine............................... 8 3 Transformateur monophasé 9 3.1 Préparation.............................................. 9 3.1.1 À partir du cours....................................... 9 3.1.2 À partir du matériel présent................................. 10 3.2 Expérimentation............................................ 10 3.2.1 Choix des appareils de mesure................................ 10 3.2.2 Essais à vide......................................... 10 3.2.3 Essai en court-circuit..................................... 10 3.2.4 Essais en charge....................................... 11 3.2.4.1 Charge purement résistive............................. 11 3.2.4.2 Charge purement inductive............................ 11 3.2.4.3 Charge purement capacitive............................ 11 3.2.4.4 Charge aveccos(φ) = 0,707........................... 11 iii
TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES 4 Système triphasé 13 4.1 Préparation.............................................. 13 4.1.1 Lecture préliminaire..................................... 13 4.1.2 Schémas et calculs préliminaires............................... 13 4.2 Expérimentation............................................ 14 4.2.1 Étude du système triphasé à vide............................... 14 4.2.2 Charge résistive........................................ 14 4.2.2.1 Groupement étoile................................. 14 4.2.2.1.1 Avant de câbler............................. 14 4.2.2.1.2 Câblage, mesures et déductions..................... 14 4.2.2.2 Groupement triangle................................ 14 4.2.3 Charge inductive....................................... 15 4.2.3.1 Groupement étoile................................. 15 4.2.3.1.1 Avant de câbler............................. 15 4.2.3.1.2 Câblage, mesures et déductions..................... 15 4.2.3.2 Groupement triangle................................ 15 4.2.4 ChargeR//L//C...................................... 15 4.2.4.1 Groupement étoile................................. 15 4.2.4.1.1 Avant de câbler............................. 15 4.2.4.1.2 Câblage, mesures et déductions..................... 15 4.2.4.2 Groupement triangle................................ 16 4.2.5 Application.......................................... 16 iv
TP n 1 Puissances en monophasé Objectifs Réaliser des mesures de puissance en monophasé avec un wattmètre. Vérifier l action d une batterie de condensateurs sur le facteur de puissance. Durée : 4h00 Sommaire 1.1 Étude préliminaire......................................... 1 1.1.1 Préparation......................................... 1 1.1.2 Expérimentation....................................... 2 1.2 Étude d une installation...................................... 3 1.2.1 Préparation......................................... 3 1.2.2 Expérimentation....................................... 4 1.1 Étude préliminaire Dans cette première partie, on se propose de préparer et d effectuer une petite expérimentation visant à apprendre les principales méthodes de mesure de la puissance sur un dispositif fonctionnant en régime monophasé. 1.1.1 Préparation 1. Proposer un schéma de câblage permettant de visualiser le courant circulant dans une charge et la tension à ses bornes. 2. Expliquer comment déterminer, à partir de ces visualisations, la puissance active ; la puissance réactive ; la puissance apparente ; le facteur de puissance. 3. Proposer un schéma de câblage permettant de mesurer le courant circulant dans la charge ; la tension à ses bornes ; la puissance active consommée par cette charge ; l énergie consommée au cours d un temps t donné. 1
Étude préliminaire 4. Expliquer comment déterminer, à partir des valeurs mesurées, la puissance apparente ; la puissance réactive ; le facteur de puissance. 1.1.2 Expérimentation On se propose maintenant de mettre en œuvre les réflexions précédentes. 1.1.2.1 À propos du matériel... quelques consignes La tension sera fournie par un autotransformateur réglable 220V / 380V (8A). On utilisera la tension simple V eff = 220V (régime monophasé). La visualisation des tensions doit se faire à l oscilloscope. Il en est de même pour les intensités mais pour ces dernières, il faut passer un pince de courant (penser à éteindre la pince après chaque utilisation pour épargner les piles!). Quant aux mesures de tensions et intensités efficaces, elles se font respectivement à l aide d un voltmètre et d un ampèremètre. Le wattmètre permet de mesurer les puissances actives. De façon générale, ne pas laisser les appareils sous tension lorsqu ils ne sont pas utilisés. La convention suivante pourra être adoptée : on utilisera des fils rouges pour constituer le circuit étudié et des fils bleus pour faire les mesures en parallèle des éléments (mesures de tensions). Penser à faire vérifier les montages. Ramener la tension à zéro pour toute modification de câblage et monter progressivement l intensité dans le circuit à chaque étape de l expérimentation. ATTENTION! Ne pas ouvrir les circuits sans avoir ramené la tension à zéro! Augmenter progessivement les tensions ou les courants. Faire des montages propres pour de bonnes mesures. Ne pas laisser traîner de fils avec les fiches libres. Pour les mesures d intensité à l aide d une pince de courant, il faut penser à ajuster le nombre de tours en fonction de la mesure. 1.1.2.2 Charge résistive 5. Réaliser le montage de visualisation proposé lors de la préparation (question 1) avec une charge résistive de 500W. Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 6. Que signifie ce réglage de résistance à 500W? Quelle est la vraie valeur de résistance (enω)? 7. Vérifier la valeur de R. 8. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 2 de la préparation. Commenter. 9. Réaliser le montage de mesure proposé lors de la préparation (question 3). Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 10. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 4 de la préparation. Commenter. 11. Calculer l energie consommée sur un tempsten utilisant le compteur électrique à disposition. 2
Étude d une installation 1.1.2.3 Charge inductive 12. Réaliser le montage de visualisation proposé lors de la préparation (question 1) avec une charge inductive en réglant l intensité du courant dans la charge à I eff = 3A. Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 13. Que vaut alors l inductance L? 14. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 2 de la préparation. Commenter. 15. Réaliser le montage de mesure proposé lors de la préparation (question 3). Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 16. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 4 de la préparation. Commenter. 1.1.2.4 Charge capacitive 17. Réaliser le montage de visualisation proposé lors de la préparation (question 1) avec une charge capacitive de 750VAR. Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 18. Que signifie ce réglage à 750VAR? Quelle est la valeur de la capacité (en F)? 19. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 2 de la préparation. Commenter. 20. Réaliser le montage de mesure proposé lors de la préparation (question 3). Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 21. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 4 de la préparation. Commenter. 1.1.2.5 Charges résistive et capacitive en parallèle 22. Dessiner un diagramme de Fresnel des courants et des tensions pour un tel montage. 23. Réaliser le montage de visualisation proposé lors de la préparation (question 1) avec la charge résistive de 500W en parallèle avec la charge capacitive de 750VAR. Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 24. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 2 de la préparation. Commenter. 25. Réaliser le montage de mesure proposé lors de la préparation (question 3). Faire vérifier le montage avant la mise sous tension. 26. Relever et déduire les puissances mentionnées à la question 4 de la préparation. Commenter. 27. Conclure de façon générale sur cette partie du travail. 1.2 Étude d une installation Il s agit maintenant de simuler le fonctionnement d une installation et de relever son facteur de puissance. 1.2.1 Préparation Un atelier est composé de différents récepteurs alimentés en 220V. La somme des puissances actives est de P = 700W. Celle des puissances réactives est de Q = 500VAR. 28. Calculer la puissance apparente. 29. En déduire l intensité absorbée. 30. Calculer le facteur de puissance. 3
Étude d une installation W A 220V V Charge résistive 700 W Charge inductive 500VAR FIGURE 1.1 Schéma du simulateur d installation électrique 1.2.2 Expérimentation 1.2.2.1 Simulation de l atelier Soit le circuit correspondant au schéma de la figure 1.1, qui tient lieu dans ce travail d installation électrique à étudier. 31. Câbler le circuit. 32. Régler l autotransformateur àv eff = 220V et mesurer l intensité efficace du courant dans le circuit. 33. Mesurer la puissance active P. 34. Déduire des mesures les puissances apparentes et réactiveq. Quel est le signe deq? 35. Calculer le facteur de puissance 1.2.2.2 Amélioration du facteur de puissance 36. Ajouter une capacité (batterie de condensateurs) en parallèle avec les autres charges. 37. Régler la puissance réactive de cette seule charge àq c =-450VAR. 38. Régler l autotransformateur àv eff = 220V et mesurer l intensité efficace du courant dans le circuit. 39. MesurerP. 40. Déduire S et Q des mesures. 41. Calculer le facteur de puissance. 42. Conclure. 4
TP n 2 Bobine à noyau de fer Objectifs Visualiser et mesurer les pertes fer dans une bobine à noyau de fer. Établir expérimentalement le modèle équivalent de cette bobine. Durée : 4h00 Sommaire 2.1 Préparation............................................. 5 2.1.1 Lectures et consignes préliminaires............................. 5 2.1.2 Calculs préparatoires.................................... 6 2.2 Expérimentation.......................................... 7 2.2.1 Mesure de la résistance de la bobine primaire........................ 7 2.2.2 Étude du cycle d hystéresis................................. 7 2.2.3 Schéma équivalent de la bobine............................... 8 2.1 Préparation 2.1.1 Lectures et consignes préliminaires La préparation est très simple. Elle consiste essentiellement en la relecture rapide de deux chapitres du cours, à savoir : Chapitre 2 : Quelques bases sur les cicuits magnétiques ; Chapitre 3 : Bobine à noyau de fer. Par ailleurs, cette lecture doit être complétée par celle des indications suivantes. Les sources d énergie utilisées en électrotechnique et en électronique de puissance impliquent souvent des tensions élevées et ne sont généralement pas limitées en courant. Si en électronique classique, les courts-circuits ont souvent peu de conséquences, en électronique de puissance, ils peuvent très vite engendrer la fusion des fusibles, des câbles, voire endommager les appareils de mesure. En outre, et c est le plus important, il convient de veiller à la sécurité des personnes. Pour tout cela, les consignes suivantes doivent être respectées. 5
Préparation Ne pas ouvrir les circuits sans avoir ramené la tension à zéro! Augmenter progessivement les tensions ou les courants. Faire des montages propres pour de bonnes mesures. Ne pas laisser traîner de fils avec les fiches libres. Faire vérifier les montages Enfin, il est rappelé que la visualisation des signaux se fait à l oscilloscope qui ne doit pas être considéré comme un appareil fiable de mesures. 2.1.2 Calculs préparatoires Un alternostat et un tranformateur d isolement alimentent une bobine à noyau de fer au primaire entre les points A et B, comme indiqué par la figure 2.1. pince de courant v X φ A i 1 V v 1 n 1 i 2 n 2 v 2 V R C v Y FIGURE 2.1 Schéma de la bobine à noyau de fer avec enroulement au secondaire Une pince de courant (sonde à effet Hall) permet de visualiser le courant délivré par l alternostat (voie 1 (ou X) de l oscilloscope). Un second enroulement est prévu afin de visualiser les variations de flux ou d induction dans le matériau (voie 2 (ou Y) de l oscilloscope). Un voltmètre et un ampèremètre permettent de mesurer et donc de contrôler le niveau de tensionv 1eff et l intensité du courant fourni. Attention aux courts-circuits potentiellement générés par les deux fils de masse de l oscilloscope! Un montagerc transforme la tension de secondairev 2 en la tension réellement visualiséev y. 1. Montrer les quantités complexesv y et V 2 associées respectivement à v y etv 2 vérifient V y 1 = V 2 1+iRCω, où i est l unité imaginaire et oùω désigne la pulsation des deux tensions. 2. Sachant quef = ω 2π = 50Hz, montrer que pourr = 1MΩ etc = 0,47µF, on a 3. Montrer que ceci correspond à la relation V y V 2 1 ircω. t v y (t) k i v 2 (τ)dτ. 0 6
Expérimentation La tensionv x délivrée par la pince de courant est donnée par v x (t) = αi 1 (t) = α H(t)l n 1, où n 1 est le nombre de spires de l enroulement primaire, l est la longueur du circuit magnétique,h(t) est l excitation magnétique et α est un facteur introduit par la pince de courant. 4. Quel théorème est utilisé dans cette expression? La tensionv 2 (t) à l enroulement secondaire est donnée par v 2 (t) = n 2 dφ dt, oùφest le flux traversant l ensemble du matériau et n 2 est le nombre de spires de l enroulement secondaire. 5. Quelle loi est utilisée dans cette expression? 6. Exprimerv y (t) en fonction de la sections du matériau et de l induction magnétiqueb(t). 2.2 Expérimentation 2.2.1 Mesure de la résistance de la bobine primaire 7. Mesurerr 1, la résistance de l enroulement primaire de deux façons : à l aide d un ohmmètre ; en alimentant l enroulement par un courant continu. 2.2.2 Étude du cycle d hystéresis 2.2.2.1 Cyclei 1 = f(v 1 ) Dans cette partie, il ne faut pas monter le circuitrc et l enroulement secondaire est inutile. Seule la visualisation dev 1 et celle dei 1 sont utiles. La tension efficacev 1eff varie de 0 à 200V. 8. Visualiser la tensionv 1 (t) et le couranti 1 (t) pour plusieurs valeurs de V 1eff. Interpréter. 9. Relever les chronogrammes de la tensionv 1 (t) et de l intensitéi 1 (t) pour la valeur nominalev 1eff = 180V. 10. Tracer la caractéristiquei 1eff en fonction dev 1eff pourv 1eff variant de 0 à 200V. Interpréter. 2.2.2.2 CycleB = f(h) Le circuit RC est maintenant nécéssaire, de même que l enroulement secondaire. 11. Indiquer les valeurs den 1 et n 2. 12. Estimer les dimensions du circuit magnétique (longueur l et section S). 13. Visualiser la tensionv x pour une tension efficace nominalev 1eff = 180V. 14. Déduire le chronogramme de l excitation magnétique (graduation en A.m 1 ). 15. Visualiser la tensionv y pour une tension efficace nominalev 1eff = 180V. 16. Déduire le chronogramme du flux et de l induction magnétique (graduations respectives en Wb et en T). 17. Déduire de ce dernier chronogramme l induction maximale B M et comparer cette valeur à celle déduite de la formule de Boucherot. 18. Quelle est l excitation magnétiqueh M pour ce même point? 19. Déduire la perméabilité relative du matériau en ce point. 20. Utiliser l oscilloscope en mode Lissajous pour visualiser le cycle d hystéresis toujours pour une tension efficace nominalev 1eff = 180V. Utiliser la pleine échelle de l écran de l oscilloscope. 7
Expérimentation 21. Relever cet oscillogramme en converstissant les tensions V x et V y en H et B respectivement (donc en graduant l abscisse en A.m 1 et l ordonnée ent ). 22. Évaluer approximativement les pertes fer du matériau en estimant la surface du cycle d hystéresis. 23. En déduire les pertes fer de la bobine en prenant en compte le volume du circuit magnétique. 24. Utiliser la méthode d Espstein pour retrouver ce résultat à l aide d un wattmètre. 2.2.3 Schéma équivalent de la bobine 25. PourV 1eff variant de 0 à 200V, relever les pertes par la méthode directe. 26. Tracer la caractéristique de ces pertes en fonction dev 2 1 eff. Conclure. 27. Quelles sont-elles pour la valeur nominalev 1eff = 180V? 28. Comment expliquer la différence avec le résultat de la partie précédente? 29. Déterminer R f et L µ, les éléments caractérisitiques du schéma équivalent de la bobine à f = 50 HZ et V 1eff = 180V. 30. Dessiner ce schéma équivalent en y ajoutantr 1. 8
TP n 3 Transformateur monophasé Objectifs Déterminer le schéma équivalent d un transformateur monophasé à partir d essais à puissance réduite. Étudier son fonctionnement en charge. Durée : 4h00 Sommaire 3.1 Préparation............................................. 9 3.1.1 À partir du cours...................................... 9 3.1.2 À partir du matériel présent................................. 10 3.2 Expérimentation.......................................... 10 3.2.1 Choix des appareils de mesure............................... 10 3.2.2 Essais à vide......................................... 10 3.2.3 Essai en court-circuit.................................... 10 3.2.4 Essais en charge....................................... 11 3.1 Préparation 3.1.1 À partir du cours La préparation consiste, en premier lieu, en la relecture rapide du quatrième chapitre du cours, à savoir Transformateur monophasé. Par ailleurs, il est demandé de s appuyer sur ce chapitre de cours pour répondre aux questions quivantes 1. Rappeler ce qu est l approximation de Kapp. 2. Rappeler le modèle équivalent du transformateur monophasé par un schéma. 3. Prévoir les montages, méthodes et les relations nécessaires à l identification des composants du modèle équivalent, à savoir m, le rapport le transformation ; R f, la résistance associée aux pertes fer ; L µ, l inductance magnétisante ; ρ 2, la résistance totale des enroulements au secondaire ; X 2, la réactance totale des fuites au secondaire. 9
Expérimentation 3.1.2 À partir du matériel présent En considérant le transformateur monophasé à disposition dans la salle, répondre aux questions suivantes. 4. Identifier les tensions nominales. 5. Identifier la puissance apparente nominale. 6. Déduire les intensités des courants nominaux au primaire et au secondaire. 3.2 Expérimentation 3.2.1 Choix des appareils de mesure 7. Choisir les appareils de mesure qui seront utilisés compte tenu des méthodes présentées lors de la préparation. 3.2.2 Essais à vide Soit V 1Neff, la tension efficace nominale au primaire. 8. Pour différentes valeurs de V 10eff, relever P 10, I 10eff et V 20eff et consigner ces mesures dans un tableau du type de celui présenté ci-après. V 10eff V 20eff I 10eff P 10 0 10% de V 1Neff 50% de V 1Neff 100% dev 1Neff 110% dev 1Neff 9. Pour ces mêmes valeurs, déduire par calcul les valeurs de Q 10, la puissance réactive au primaire, de R f et del µ, puis les consigner dans un tableau tel que celui présenté ci-après. V 10eff Q 10 R f L µ m 0 10% de V 1Neff 50% de V 1Neff 100% dev 1Neff 110% dev 1Neff (Ne pas oublier d expliquer les calculs!) 10. Dessiner le schéma équivalent au primaire du transformateur. 3.2.3 Essai en court-circuit 11. Pour une tension efficace au primaire très réduitev 1cceff < 10V (repasser d abord par zéro), mesurerv 1cceff, P 1cc,I 1cceff et I 2cceff et consigner ces mesures dans un tableau tel que celui présenté ci-après. V 1cceff P 1cc I 2cceff 12. Pourquoi réduire la tension efficace au primaire? 13. Déduire par calcul les valeurs deρ 2 et dex 2. 14. Dessiner le schéma du modèle équivalent du transformateur en notant toutes les valeurs obtenues (privilégier les valeurs nominales). 10
Expérimentation 3.2.4 Essais en charge La tension efficace au primairev 1eff est maintenue constante (à contrôler par la mesure), ce pour différentes valeurs dei 2eff. Il s agit entre autres de mesurer V 2eff pour différents types de charges. 3.2.4.1 Charge purement résistive 15. Pour une charge purement résistive, renseigner le tableau suivant. V 1eff I 2eff (A) V 20eff V 2eff V 2eff 0 2,5 5 16. Comparer ces résultats à ce qui pouvait se déduire de la théorie. Commenter. 17. Tracer le diagramme de Fresnel des tensions. 3.2.4.2 Charge purement inductive Mêmes questions qu au paragraphe 3.2.4.1. 3.2.4.3 Charge purement capacitive Mêmes questions qu au paragraphe 3.2.4.1. 3.2.4.4 Charge avec cos(φ) = 0, 707 Mêmes questions qu au paragraphe 3.2.4.1. 11
12 Expérimentation
TP n 4 Système triphasé Objectifs Connaître les branchements d un wattmètre pour mesurer la puissance active absorbée par la charge d un système triphasé équilibré. Connaître la méthode des deux wattmètres. Durée : 4h00 Sommaire 4.1 Préparation............................................. 13 4.1.1 Lecture préliminaire..................................... 13 4.1.2 Schémas et calculs préliminaires.............................. 13 4.2 Expérimentation.......................................... 14 4.2.1 Étude du système triphasé à vide.............................. 14 4.2.2 Charge résistive....................................... 14 4.2.3 Charge inductive...................................... 15 4.2.4 Charge R//L//C...................................... 15 4.2.5 Application......................................... 16 4.1 Préparation 4.1.1 Lecture préliminaire La préparation consiste, en premier lieu, en la relecture rapide du cinquième chapitre du cours, à savoir Systèmes triphasés. 4.1.2 Schémas et calculs préliminaires 1. Exprimer la mesure d un wattmètre en fonction de l intensité efficace I eff du courant le traversant, de la tensionv eff à ses bornes, et du déphasage entre les deux grandeurs. 2. Proposer un schéma de mesure pour déterminer la puissance consommée par la charge au niveau d une seule phase du réseau triphasé. 3. En déduire la relation entre la mesure fournie par le wattmètre (dans le schéma précédemment proposé) et la puissance active absorbée au niveau de l ensemble des trois phases du réseau équilibré. 13
Expérimentation 4. Dessiner un schéma rappelant la méthode des deux wattmètres. 5. Donner les formules reliant la puissance active P et la puissance réactive Q aux mesuresp 1 et P 2 fournies par les deux wattmètres. 6. Rappeler la définition de la puissance apparente triphasée en fonction dei eff etv eff, puis en fonction dep et Q (en régime sinusoïdal pour un réseau équilibré). 4.2 Expérimentation Le but de ces manipulations est de mesurer les puissances absorbées par différentes charges triphasées. Le système triphasé est fourni par un autotransformateur réglable 220V/380V. 4.2.1 Étude du système triphasé à vide 7. Tracer un diagramme de Fresnel (théorique) des trois tensions simples et des trois tensions composées. 8. Observer et relever les trois tensions simples à l oscilloscope sur un même chronogramme. Commenter. 9. Observer une tension simple ainsi qu une tension composée à partir de cette tension simple (ex : v 1 et u 12 ) ATTENTION! La tension composée n étant pas référencée à la masse, elle doit être mesurée ou observée à l aide d une sonde différentielle à disposition! 4.2.2 Charge résistive On utilise la banc de charge résistif de 2kW. 4.2.2.1 Groupement étoile 4.2.2.1.1 Avant de câbler 10. Faire le schéma d un montage en étoile de la charge triphasé an ajoutant : un voltmètre pour mesurer la tension simple ; un ampèremètre pour mesurer l intensité du courant sur une ligne ; un oscilloscope pour visualiser ces deux grandeurs ; de quoi appliquer la méthode des deux wattmètres. 11. Le banc résistif étant réglé sur 75%, quelle est l intensité efficace du courant absorbé? 4.2.2.1.2 Câblage, mesures et déductions 12. Réaliser le câblage. 13. Régler l autotransformateur de façon à mesurerv eff = 220V. 14. Mesurer et visualiser l intensité du courant de ligne. 15. Visualiser la tension simple. 16. En déduire la puissance apparente. 17. Mesurer la puissance active absorbée par l ensemble de la charge en utilisant la méthode des deux wattmètres. 18. En déduire la puissance réactive et le facteur de puissance associés. 4.2.2.2 Groupement triangle 19. Reprendre toutes les questions de la partie 4.2.2.1 pour un montage en triangle (en réglant la tension composée à 220V et en mesurant cette dernière plutôt que la tension simple! Repasser par des tensions simples nulles!). 14
Expérimentation 4.2.3 Charge inductive On utilise, pour constituer la charge, le banc résistif 2kW réglé à 25% en parallèle avec le banc inductif 3kVAR réglé à 500VAR. 4.2.3.1 Groupement étoile 4.2.3.1.1 Avant de câbler 20. Faire le schéma d un montage en étoile de la charge triphasé an ajoutant : un voltmètre pour mesurer la tension simple ; un ampèremètre pour mesurer l intensité du courant sur une ligne ; un oscilloscope pour visualiser ces deux grandeurs ; de quoi appliquer la méthode des deux wattmètres. 21. Quelle est l intensité efficace du courant absorbé sur une ligne? 4.2.3.1.2 Câblage, mesures et déductions 22. Réaliser le câblage. 23. Régler l autotransformateur de façon à mesurerv eff = 220V. 24. Mesurer et visualiser l intensité du courant de ligne. 25. Visualiser la tension simple. 26. En déduire la puissance apparente. 27. Mesurer la puissance active absorbée par l ensemble de la charge en utilisant la méthode des deux wattmètres. 28. En déduire la puissance réactive et le facteur de puissance associés. 4.2.3.2 Groupement triangle 29. Reprendre toutes les questions de la partie 4.2.3.1 pour un montage en triangle (en réglant la tension composée à 220V et en mesurant cette dernière plutôt que la tension simple!). 4.2.4 ChargeR//L//C On utilise pour constituer la charge le banc résistif 2kW réglé à 25% en parallèle avec le banc inductif 3kVAR réglé à 1000VAR et le banc capacitif réglé à 500VAR. 4.2.4.1 Groupement étoile 4.2.4.1.1 Avant de câbler 30. Faire le schéma d un montage en étoile de la charge triphasé an ajoutant : un voltmètre pour mesurer la tension simple ; un ampèremètre pour mesurer l intensité du courant sur une ligne ; un oscilloscope pour visualiser ces deux grandeurs ; de quoi appliquer la méthode des deux wattmètres. 31. Quelle est l intensité efficace du courant absorbé sur une ligne? 4.2.4.1.2 Câblage, mesures et déductions 32. Réaliser le câblage. 33. Régler l autotransformateur de façon à mesurerv eff = 220V. 34. Mesurer et visualiser l intensité du courant de ligne. 35. Visualiser la tension simple. 36. En déduire la puissance apparente. 37. Mesurer la puissance active absorbée par l ensemble de la charge en utilisant la méthode des deux wattmètres. 38. En déduire la puissance réactive et le facteur de puissance associés. 15
Expérimentation 4.2.4.2 Groupement triangle 39. Reprendre toutes les questions de la partie 4.2.4.1 pour un montage en triangle (en réglant la tension composée à 220V et en mesurant cette dernière plutôt que la tension simple!). 4.2.5 Application On considère un atelier contenant différents récepteurs alimentés en 220V. La somme des puissances actives est de P =500W et celles des puissances réactives est de Q =750VAR. 40. La charge globale est-elle plutôt capacitive ou inductive? 41. Calculer la puissance apparente. 42. En déduire l intensité absorbée sur une ligne. 43. Calculer le facteur de puissance. On souhaite ajouter une batterie de condensateurs correspondant à une puissance réactiveq c de sorte que le facteur de puissance soit ramené à 0,93. 44. Quel est le signe de Q c? 45. Calculer la valeur de Q c conduisant à la valeur voulue du facteur de puissance. 46. Quelle est alors l intensité efficace du courant absorbé au niveau d une ligne? 47. Réaliser le montage correspondant. 48. Régler l autotransformateur de façon à mesurerv eff = 220V. 49. Mesurer l intensité efficace du courant de ligne. 50. Mesurer la puissance active totale. 51. Déduire la puissance réactive totale. 52. Comparer les mesures et les prévisions. 16