Cours d'électrotechnique Cours d'électronique de puissance

Ce cours d'électrotechnique est constitué de deux parties :

• 1ère partie : cours sur les machines électriques
  • Chapitre 1 - Machine à courant continu
  • Chapitre 2 - Puissances électriques en régime sinusoïdal
  • Chapitre 3 - Systèmes triphasés
  • Chapitre 4 - Puissances et harmoniques
  • Chapitre 5 - Transformateur en régime sinusoïdal
  • Chapitre 6 - Champ magnétique tournant
  • Chapitre 7 - Machine synchroniser  triphasée
  • Chapitre 8 - Machine asynchrone triphasée

• 2ème partie : cours d'électronique de puissance
  • Introduction
  • Chapitre 1 - Montages redresseurs
  • Chapitre 2 - Les hacheurs
  • Chapitre 3 - Les onduleurs autonomes
  • Chapitre 4 - Les gradateurs

• Annexe
• Histoire de l'électrotechnique
• QCM en lignes
• LogELeec : logiciel gratuit de saisie de schémas électrotechniques

1ère partie : Cours sur les machines électriques

Chapitre 1 - Machine à courant continu  647 ko

• 1- Constitution
  • 1-1- L'inducteur
  • 1-2- L'induit
  • 1-3- Le collecteur et les balais
• 2- Principe de fonctionnement
  • 2-1- Fonctionnement en moteur
  • 2-2- Fonctionnement en génératrice
• 3- Schéma électrique équivalent
  • 3-1- Expression de la fem induite
  • 3-2- Expression du couple électromagnétique
  • 3-3- Conversion de puissance
  • 3-4- Flux magnétique créé sous un pôle
  • 3-5- Schéma équivalent de l'induit
• 4- Les différents types de machines à courant continu
• 5- Moteur à excitation indépendante
• 6- Moteur série
• 7- Génératrice à courant continu (dynamo)

• QCM Moteur à courant continu à excitation indépendante (10 questions)

• 15 exercices corrigés sur la machine à courant continu  128 ko
• Annexe 1 : Torque, convertisseur vitesse de rotation / couple mécanique / puissance mécanique  385 ko

• Annexe 2 : MCC, simulation du fonctionnement d'un moteur à courant continu  693 ko
  • Choix entre 3 types d'excitation :
    • excitation indépendante
    • excitation shunt (dérivation)
    • aimants permanents

• Annexe 3 : simulation avec Excel du démarrage d'un moteur à courant continu à excitation constante
  • Mots clés : système du premier ordre, échelon de tension, vitesse de rotation, régime transitoire, constante de temps mécanique, rhéostat de démarrage, charge mécanique inertielle, moment d'inertie, courant de démarrage
  • Télécharger la feuille Excel  109 ko
    • Exemple :
  
  

• Annexe 4 : simulation avec Excel du démarrage d'un moteur à courant continu à excitation constante, avec rampe d'accélération
  • Mots clés : système du premier ordre, échelon de courant, vitesse de rotation, régime transitoire, constante de temps mécanique, charge mécanique inertielle, moment d'inertie
  • Télécharger la feuille Excel  79 ko
    • Exemple :

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Chapitre 2 - Puissances électriques en régime sinusoïdal  100 ko

• 1- Puissances active, réactive et apparente
• 2- Vecteurs de Fresnel et puissances
• 3- Nombres complexes et puissances
• 4- Théorème de Boucherot
• 5- Facteur de puissance

• QCM Puissances et facteur de puissance (5 questions)
  
• 5 exercices corrigés sur le régime monophasé  102 ko

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Chapitre 3 - Systèmes triphasés 534 ko

• 1- Monophasé et triphasé
• 2- Système triphasé
• 3- Récepteurs triphasés équilibrés
  • 3-1- Couplage étoile
  • 3-2- Couplage triangle
• 4- Puissances en régime triphasé équilibré

• QCM Régime triphasé (5 questions)
  
• 3 exercices corrigés sur le régime triphasé  29 ko

N.B. Cet oscillogramme a été créé avec l'application gratuiteSimOscillo.

• Annexe 1 : Mesure de puissances en triphasé
  • Méthode des deux wattmètres 330 ko


• Annexe 2 :
  • PQS, la calculette de l'Electrotechnicien  465 ko

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Chapitre 4 - Puissances et harmoniques (niveau BTS / IUT) 279 ko

• I- Définitions
  • I-1- Décomposition en série de Fourier
  • I-2- Valeur efficace (True RMS)
  • I-3- Valeur efficace des harmoniques
  • I-4- Taux de distorsion harmonique THD
  • I-5- Puissance apparente S (en VA) de la charge
  • I-6- Puissance active P (en watts) consommée par la charge
  • I-7- Puissance réactive Q (en vars) consommée par la charge
  • I-8- Facteur de puissance PF (Power Factor)
  • I-9- Facteur de déplacement DPF (Displacement Power Factor)
  • I-10- Puissance déformante D
• II- Cas d’une tension alternative purement sinusoïdale qui alimente un dipôle linéaire
• III- Cas d’une tension alternative purement sinusoïdale qui alimente un dipôle non linéaire
• IV- Cas d’une tension non sinusoïdale
• V- Mesures sur des ampoules basses consommations avec l'analyseur de puissances CA8220 (Chauvin Arnoux)
• Bibliographie
• Annexe : Extrait de la norme CEI 61000-2-2 : Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites basse fréquence sur les réseaux publics d'alimentation basse tension

• Exercices : spectres et harmoniques


• Annexe 1 : QCM Spectres et harmoniques (6 questions) 

• Annexe 2 : synthèse, avec Excel, d'une tension à partir de ses harmoniques (limité aux 19 premiers harmoniques)
  • Télécharger la feuille Excel  446 ko
    • Exemple : reconstitution d'un créneau à partir de ses 19 premiers harmoniques

• Annexe 3 : synthèse, avec Excel, d'une tension rectangulaire à partir de ses harmoniques (limité aux 50 premiers harmoniques)
• Télécharger la feuille Excel  453 ko
  • Exemple : spectre fréquentiel d'un signal rectangulaire de rapport cyclique 20 %. On notera l'absence de l'harmonique de rang 5 et de ses multiples. Le taux de distorsion harmonique est : THD = 113 %.

• Lien utile : synthèse d'un son (au format .wav) à partir de ses harmoniques
• Annexe 4 : Etude des harmoniques du courant dans le neutre (niveau BTS / IUT)
• Mots clés : triphasé, couplage étoile, charge équilibrée, charge déformante, taux de distorsion harmonique, facteur de crête, puissance déformante, décomposition en série de Fourier, spectre de fréquence
• Télécharger la feuille Excel 175 ko
  • Exemple : Moteur asynchrone triphasé à cage d'écureuil (Leroy Somer, p = 2 , puissance utile nominale = 1,5 kW) ; fonctionnement à vide ; couplage étoile avec neutre ; alimentation par réseau triphasé 230 V / 400 V 50 Hz. Pour simplifier, on a supposé que le réseau et le moteur sont parfaitement équilibrés. Le taux de distorsion harmonique des courants de ligne est : THD = 20 %. La fréquence du courant dans le neutre est 150 Hz (3ème harmonique).

On notera que le courant de neutre ne contient que des harmoniques de rang impair et multiple de 3 (3, 9, 15...).




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Chapitre 5 - Transformateur en régime sinusoïdal  308 ko

• 1- Introduction
• 2- Transformateur parfait
• 3- Transformateur réel
• 4- Schéma équivalent : diagramme de Kapp
• 5- Chute de tension en charge
• 6- Bilan de puissance
• 7- Transformateur triphasé

Cours Le transformateur en régime sinusoïdal (niveau 2)   338 ko

• 1- Introduction
• 2- Le transformateur parfait
• Formule de Boucherot
• 3- Le transformateur réel
• 4- Bilan de puissances
• 5- Essais d’un transformateur
• 5-1- Essai avec secondaire à vide
• 5-2- Essai avec secondaire en court-circuit
• 6- Modèle de Thévenin ramené au secondaire
• Détermination expérimentale des éléments du schéma équivalent
• Prédétermination du fonctionnement en charge
• Formule approchée de la chute de tension au secondaire
• 7- Rôle des transformateurs dans le transport et la distribution de l’énergie électrique

• 9 exercices corrigés sur le transformateur  92 ko

• QCM Transformateur monophasé

• Annexe : Transfo, simulation d'un transformateur monophasé ou triphasé  897 ko

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Chapitre 6 - Champ magnétique tournant  95 ko

• 1- Champ tournant produit par un aimant
• 2- Champ tournant produit par un système triphasé
• 3- Principe de la machine synchrone
• 4- Principe de la machine asynchrone

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Chapitre 7 - Machine synchrone triphasée  295 ko

Cours La machine synchrone triphasée (niveau 2)  332 ko

• 1- Constitution
  • 1-1- Rotor
  • 1-2- Stator
• 2- Types de fonctionnement
  • 2-1- Fonctionnement en moteur
  • 2-2- Fonctionnement en génératrice (alternateur)
• 3- Relation entre vitesse de rotation et fréquence des tensions triphasées
• 4- Etude de l'alternateur
  • 4-1- Fonctionnement à vide
  • 4-2- Fonctionnement en charge : diagramme de Behn-Eschenburg
  • 4-3- Détermination expérimentale des éléments du modèle équivalent
• 5- Bilan de puissance de l'alternateur
• 6- Alternateur monophasé
• 7- Le moteur synchrone triphasé

• 8 exercices corrigés sur l'alternateur  69 ko

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Chapitre 8 - Machine asynchrone triphasée  423 ko

• 1- Introduction
• 2- Glissement
• 3- Plaque signalétique
• 4- Fonctionnement à vide
• 5- Fonctionnement en charge
• 6- Bilan de puissance du moteur asynchrone
• 10 exercices corrigés sur le moteur asynchrone  85 ko
• QCM n°1 Moteur asynchrone
• QCM n°2 Moteur asynchrone
• Exercice : moteur asynchrone à U/f constant avec le logiciel libreGeoGebra
  • Enoncé  47 ko Corrigé  5 ko

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2ème partie : Cours d'électronique de puissance

Chapitre 0 Introduction  99 ko

• 1- Conversion AC/DC
• 2- Conversion DC/DC
• 3- Conversion DC/AC
• 4- Conversion AC/AC 

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Chapitre 1 Montages redresseurs 255 ko

• 1- Redressement non commandé
  • 1-1- Rappel sur la diode
  • 1-2- Pont de Graëtz monophasé (PD2)
  • 1-3- Application : alimentation continue alimentée par le secteur
• 2- Redressement commandé
  • 2-1- Le thyristor (ou SCR : Silicon Controlled Rectifier)
  • 2-2- Pont mixte symétrique monophasé (PD2)
• 6 exercices corrigés sur le redressement  154 ko

• QCM La diode
• QCM sur le pont de diodes PD2
• QCM n°1 Thyristor
• QCM n°2 Thyristor
• QCM sur le pont PD2 mixte

• QCM n°1 Pont PD2 tout thyristors

• QCM n°2 Pont PD2 tout thyristors

• Annexe : Simulation avec Excel des ponts PD2
  • Pont PD2 tout diodes (tensions, courants avec charge R ou RL, spectre, facteur de puissance)
  • Pont PD2 mixte (tensions, courants avec charge RLE, spectre, facteur de puissance)
  • Pont PD2 tout thyristors (tensions, courants, charge : machine à courant continu à courant d'induit supposé parfaitement lissé, fem, vitesse de rotation, spectre, facteur de puissance)
  • Pont PD2 tout thyristors (tensions, courants avec charge RLE, fem, vitesse de rotation, spectre, facteur de puissance)
• Télécharger les feuilles Excel 1286 ko

• Exemple n°1 : pont PD2 tout diodes avec charge inductive 100 ohms 1 henry

• Exemple n°2 : pont PD2 tout thyristors avec angle de retard à l'amorçage de 60°

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Chapitre 2 Les hacheurs  122 ko

• 1- Principe du hacheur série
• 2- Application à la commande d'un moteur à courant continu

Cours Le hacheur série (niveau 2)      312 ko

• 1- Symbole général du convertisseur DC / DC
• 2- Principe du hacheur série (abaisseur de tension)
• 3- Application : commande de la vitesse d’un moteur à courant continu à excitation indépendante
• 4- Ondulation du courant

• 4 exercices corrigés sur le hacheur  82 ko
• QCM Hacheur série
• Annexe : simulation avec Excel d'un hacheur série (tensions, courants avec charge RLE, moteur à courant continu, fem, vitesse de rotation)
  • Télécharger la feuille Excel  388 ko
    • Exemple : hacheur série avec rapport cyclique de 60 %
  
  

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Chapitre 3 Les onduleurs autonomes  134 ko

Cours Les onduleurs autonomes (niveau 2)   206 ko

• 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
• Réalisation pratique
• 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs)
• 2.1. Commande symétrique
• 2.2. Commande décalée

• 2 exercices corrigés sur l'onduleur autonome  32 ko
• QCM Onduleur autonome

• Annexe : simulation avec Excel d'un onduleur monophasé à deux transistors (commande symétrique, tensions, courants avec charge RL, harmoniques, spectres, facteur de puissance)
• Télécharger la feuille Excel  332 ko
  • Exemple : onduleur avec charge inductive 100 ohms 1 henry, sources de tension 30 V, fréquence 50 Hz

• Annexe : simulation avec Excel d'un onduleur monophasé à quatre transistors (commande symétrique, commande décalée, tensions, courants avec charge RL, harmoniques, spectres, facteur de puissance)
• Télécharger la feuille Excel 535 ko

• Exemple : onduleur avec charge inductive 100 ohms 0,5 henry, source de tension 30 V, fréquence 50 Hz, commande décalée 4 ms

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Chapitre 4 Les gradateurs 105 ko

• 1- Gradateur monophasé
• 2- Application à la commande de chauffage d'un radiateur
• Annexe : simulation avec Excel d'un gradateur monophasé
  • Mots clés : gradateur avec charge résistive, chronogrammes des tensions et courants, taux de distorsion harmonique, décomposition en série de Fourier, harmoniques, spectre de fréquence, facteur de puissance
  • Télécharger la feuille Excel  209 ko

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LogEleec
LogELeec est un logiciel gratuit de saisie de schémas électrotechniques de type schémas de branchement, unifilaires, multifilaires, architecturaux et développés, pour le bâtiment et l'industrie.
Il permet aussi de dessiner des grafcets ainsi que des schémas pneumatiques et hydrauliques.

Afin de pouvoir bénéficier de cette application, vous devez créer un compte personnel sur le forum :http://forum.myeleec.fr

http://www.myeleec.fr
http://logeleec.myeleec.fr

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Bibliographie

Niveau bac :

• Physique appliquée ; Terminale STI Génie électrotechnique ; J.M. Delva J. Leclercq R. Trannoy ; Editions Hachette
• Physique appliquée ; Terminale STI Génie électrotechnique ; J. Lafargue R. Le Goff T. Lecourieux ; Editions Nathan
• Machines électriques ; Terminale F3 ; Jean Niard ; Editions Nathan

Niveau BTS / DUT :

• Electrotechnique ; Théodore Wildi & Gilbert Sybille ; Editions de Boeck(remarquable ouvrage québécois de 1200 pages)
• Les cahiers techniques de Schneider Electric

Niveau master, écoles d'ingénieurs :

• Electrotechnique industrielle ; Guy Séguier & Francis Notelet ; Editions Tec & Doc
• L'électronique de puissance : Les fonctions de base et leurs principales applications ; Guy Séguier ; Editions Dunod
• Cours d'électrotechnique 1. Machines tournantes à courants alternatifs ; Jean-Louis Dalmasso ; Editions Belin
• Cours d'électrotechnique 2. Traitement de l'énergie électrique (convertisseurs statiques) ; Jean-Louis Dalmasso ; Editions Belin

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