MP21 : Production et conversion d’énergie électrique

I Intro

Avec Robert qui tourne un grille pain, on a besoin de bien convertir pour en perdre le moins possible, c’est déjà dur ! bon odg de puissance nécessaire

I Conversion

On utilise le transfo dans les boîtes (voir photo).

1) Rendement

Wattmètres en mode RMS !

On mesure le rapport P2/P1 en fonction de P2 (puissance dissipée dans la charge, qui est aussi la puissance disponible). On s’en fout le la valeur exacte de la résistance, on la fait varier et on mesure P2 . Comme les pertes Fer ne dépendent que de U1, travailler à U1 constant=220V !!! On le caractérise après

On a un faible rendement à basse puissance car les pertes fer à tension fixe sont les mêmes. Ici, pas énorme rendement, mais dans l’industrie il faut un grand rendement : si on a 20% de pertes par exemple, et qu’on a des puissances énormes, ce qu’on perd va devenir énorme et faire chauffer, voire crâmer les circuits !

On n’a pas un rendement de 1, c’est normal, et on va essayer de le caractériser

2) Pertes

a) Pertes Joule

Wattmètres en mode DC !

Le circuit est résistif. On mzsure par les pertes Joule de chaque circuit, avec l’alim stabilisée. On ne fait qu’une seule mesure, donc au courant nominal (200mA pour le primaire, 3.15A pour le secondaire sur le modèle des photos). Attention : les courants de l’alim stabilisée doivent être bien contrôlés, sous peine de faire péter un fusible !

Technique (voir photo) : avant tout, court circuiter l’alim, se mettre en contrôle de courant (avec tout de même le bouton tension assez tourné) et mettre le courant max qu’on peut accepter. Ne plus toucher le bouton de courant par la suite, comme ça l’alim n’envoiera pas de courant plus élevé que là !

b) Pertes Fer

Wattmètres en RMS !

On reprend l’autotransfo. Maintenant qu’on a les résistances de chaque circuit, on va pouvoir déduire les pertes fer par différence de la puissance totale et des pertes Joule. On ne met pas de résistance de charge, et on voit les deux puissances P1 et P2. Les pertes fer ne dépendent que de U₁², on peut tracer ça.

Attention, les courants appelés deviennent très vite grands car n₁i₁=n₂i₂, comme il n’y a pas de résistance en sortie, i₂ est très grand, donc i₁ aussi !

II Alternateur synchrone (AS)

Câblage : on alimente l’AS avec une MCC qui est référencée, dont les pertes sont tabulées. C’est le petit boitier à droite : les deux fiches pour l’alimentation de la MCC (avec alim stabilisée) et la sortie BNC pour connaître la vitesse de rotation. On alimente, avec le Wattmètre pour connaître la puissance qu’on lui envoie.

Pour l’AS, on alimente avec un auto-transformateur, qui va sur un pont à diodes (fils jaunes) qui sert à redresser le signal pour envoyer un signal continu (c’est un alternateur, on alimente le bobinage du rotor qui simule un aimant, que l’on va faire tourner pour récupérer une tension induite). On alimente donc l’inducteur, et on observe la tension aux bornes de l’induit (stator). La prendre avec une sonde diff puis à l’oscillo, pour diviser le signal par 10 (100V en sortie environ). On observe dΦ/dt le flux de B à travers le stator !

1) Etude sans charge

On branche l’induit directement sur l’oscillo avec la sonde différentielle (la grosse bleue), tout ce qui rentre est perdu.

On commence par trouver le nombre de paires de pôles (nombre de circuits bobinés), donc on regarde la fréquence aux bornes de l’induit en fonction de la vitesse de rotation (prise avec un multimètre). Quand l’arbre effectue un tour, le signal induit oscille N fois, avec N le nombre de pôles. Donc le rapport f/Ω fréquence induit et vitesse de rotation donne directement le nombre de pôles.

On peut aussi observer la saturation du matériau magnétique du rotor : on augmente le courant dans l’inducteur et on observe la tension dans l’induit (en amplitude), on voit que la courbe sature vers 0.2A dans l’induit

2) Etude avec charge

a) Rendement

On peut mettre une résistance de charge, même principe qu’avec MCC, on étudie le rendement en fonction de la puissance appelée dans la charge. Notons que la puissance qu’on envoie se décompose en deux : la puissance envoyée dans la MCC pour faire tourner l’arbre (c’est le cycliste qui souffre), et la puissance envoyée dans l’inducteur pour créer l’aimant (qui serait nulle si on avait un aimant permanent ! ) . Donc le rendement c’est P_charge/(Pu+Pinduit) avec Pu la puissance utile en sortie de MCC, donc la puissance qu’on envoie en entrée-les pertes, qui sont tabulées dans la notice !

b) Pertes méca

Si on n’alimente pas l’inducteur (rotor), et qu’on le fait tourner grace à la MCC, on envoie de la puissance qui n’est que dissipée par pertes mécaniques. Bien penser à prendre en compte les pertes de la MCC qui sont tabulées

c) Pertes fer

On alimente maintenant l’inducteur, tout est perdu dans les pertes méca et Fer !

d) Pertes Joules

On n’alimente que l’inducteur à la valeur nominale, et on fait une loi d’ohm, simple

Il reste les pertes dans l’induit, difficiles, on peut le citer en limite !

Photos et schémas : Lien du PDF