Nombre de visites : 29905


Electrotechniques >>
logoElectrotechniques
Introduction :
Auteur : Kolohama
Date : 27/07/2016
Sources : Electrotechniques (WILDI)

Le domaine de l'électrotechnique est très vaste et regroupe plusieurs sous domaines comme l'électronique de puissance, la gestion des réseaux électriques, des machines électriques imposantes par leur taille tels que les moteurs et autres générateurs et de l'électronique à grande échelle. Le domaine de l'électrotechnique est très ancré dans l'industrie et les réseaux de distribution d'électricité. Quand on pense aux industries, on pense notamment à l'industrie automobile qui pour la majorité des grandes usines sont gérées par des automates programmables et alimentées par de grandes quantités d'énergie chose incomparable avec l'électricité domestique que nous connaissons tous. Cette partie du site présente quelques éléments d'électrotechniques d'une manière très brève. Si cela vous intéresse vraiment on conseille vivement de lire l'ouvrage se trouvant dans la section bibliographie dont cette page est inspirée et qui traite vraiment du sujet.

Connaissances fondamentales :
Auteur : Kolohama
Date : 28/07/2016
Sources : Electrotechniques (WILDI), Images, Google

Les connaissances fondamentales sont nombreuses en électrotechniques et plus complexes bien qu'identiques à celles vues en électricité et en électronique, les sujets sont quasiment les mêmes mais vu sous un autre angle. On estime que concernant les lois sur les circuits électriques sont exactement les mêmes (lois d'ohms, de kirchhoff etc...), ainsi les manières de calculer les condensateurs ont déjà été abordées sur ce site dans la section électronique. Par ailleurs, on propose de voire uniquement les parties qui nous auraient échapper tels que les composants car leur taille varie grandement par rapport aux composants traditionnels utilisés en électronique et en électricité. On verra aussi la différence entre les différents types de puissances (active, réactive et apparente), les piles et les accumulateurs et quelques isolants.

Composants :

Les principaux composants en électrotechniques sont trois seulement, bien sûr, il y' a des composants telles que différentes familles de transistors, des diodes, et des triacs, diac et ainsi de suite qui sont uniquement utilisés dans l'électronique de puissance. Mais en général, seules les résistances, les capacitances (condensateurs), et inductances sont utilisés dans l'électrotechnique traditionnelle. Ces principaux composants, sont dit des composants de puissance (vu leur taille et leur poids anormalement grand). Quand on parle par exemple de résistances ou d'un condensateur, on parle de résistance de puissance ou de condensateur de puissance.

* Résistances de puissance :

Bien qu'il existe plusieurs valeurs dans les résistances de puissance, leur classement se fait principalement grâce à la température qu'ils peuvent supporter. On dénombre trois types de résistances. En premier lieu, il y'a les résistances " basse température " qui fonctionnent entre 0° et 155°, Puis il y'a les résistances à température moyenne qui fonctionnent entre 275° et 415°C, et pour finir, il y'a les résistances à haute température qui fonctionnent de 600°C et plus. Contrairement à l'électronique, où les résistances sont fabriquées grâce à de la céramique et du carbonne, les résistances de puissance en électrotechniques sont fabriquées à base de nickel et de chrome pour ce qui concerne la deuxième catégorie abordée (celle à température moyenne), car la première catégorie est similaire à la fabrication en électronique (céramique et carbonne). Un aperçu d'une résistance de puissance est affiché sur les deux images en bas.

resistance_puissance_1

* Résistance de puissance.

resistance_puissance_2

* Autre résistance de puissance.


* Capacitances (ou condensateur de puissance) :

En ce qui concerne le fonctionnement des capacitances de puissance, il est très similaire au fonctionnement des condensateurs en électronique, bien que parfois le diélectrique en électrotechnique peut paraître à cause de sa composition très insolite car il existe à titre d'exemple des condensateurs très volumineux dont le diélectrique se compose d'huile ou d'aire chose qu'on ne voit pas en électronique. La manière et les formules pour additionner deux capacitances en série ou en parallèle sont les même que celles vues précédemment dans la section électronique.

condensateur_puissance_1

* Condensateur de puissance.

resistance_puissance_2

* Autre condensateur de puissance.


* Inductances de puissance :

Les inductances en électrotechniques, ont un rôle prédominant car elles sont le centre de plusieurs types de machines comme les moteurs, les alternateurs et les transformateurs, bien sûr ce n'est pas seulement ce rôle qu'elles jouent car elles peuvent faire office de filtre tout comme en électronique. Pour calculer la valeur des inductances en électrotechnique, les lois et les formules sont analogues à celles vues dans la section "électronique". Un exemple de bobines est affiché sur les deux images en bas, on pense qu'il est nécessaire de les montrer car vu la dimension et l'épaisseur des fils de cuivre ça en vaut la peine.

inductance_puissance_1

* Inductance de puissance.

inductance_puissance_2

* Autre inductance de puissance.


Puissances actives, réactives et apparentes :

La notion de puissance prend une place capitale dans le domaine de l'électrotechnique car aucun type de circuit ne ressemble pas à un autre. Il y'a trois types de puissance à prendre en compte, la première est la puissance active, la seconde la puissance réactive et la troisième, la puissance apparente.

* Puissance active :

On parle de puissance active, lors de la présence d'un composant actif et d'une source active. Une source active peut être un générateur ou un alternateur, tandis qu'une qu'un composant actif peut être un moteur ou une résistance qui dégage de la chaleur. Voici ce stipule la définition du livre électrotechnique concernant la puissance active : " Par définition, un dispositif ayant deux bornes a et b absorbe une puissance purement active lorsque le courant I entrant dans la borne a du dispositif est en phase avec la tension Eab. Le dispositif est alors une charge active."

* Puissance réactive :

La puissance est dite réactive, lorsque le composant et la source sont réactifs, Le condensateur est un exemple de composant réactif, et la source peut être un alternateur ou générateur. Le circuit est réactif dès lors où la tension reliant une source A à un dispositif réactif B est déphasée de 90° en arrière par rapport à la tension Eab.

* Puissance apparente :

La puissance apparente au carré équivaut à la somme de la puissance active au carré, et de la puissance réactive au carré.

Piles et accumulateurs :

Les piles permettent d'emmagasiner de l'électricité sous forme chimique. Elles sont constituées essentiellement de deux électrodes, une électrode positive et une électrode négative en contact avec un électrolyte solide ou liquide. Lorsque la pile débite un courant, la circulation des ions et des électrons à travers l'électrolyte produit une transformation graduelle des électrodes. Il existe une grande variété de piles utilisant différents types d'électrolytes et d'électrodes. On peut toutefois les regrouper en deux grandes catégories : les piles primaires qui ne sont utilisable qu'une seule fois et les piles secondaires que l'on peut charger des centaines de fois. Les piles primaires les plus courantes sont la pile au carbone-zinc, la piles au mercure, la pile alkalino-manganèse. Les deux principaux types de pile secondaire sont la pile au plomb et la pile au nickel-cadmium. des développements récents des piles secondaires spéciales à forte énergie massique permettent d'envisager le développement de la voiture électrique. Dans l'image en bas à droite, est affiché l'intérieur d'une pile alkalino-manganèse à titre d'exemple de fabrication.

pile_1

* Exemple de plusieurs piles chimiques.

pile_2

* Intérieur d'une pile alkalino-manganèse.


Isolants :

Il existe une grande variété d'isolant solides, liquides, et gazeux. En plus des isolants naturels, on trouve sur le marché de nombreux isolants synthétiques qui ont été développés pour différentes applications. La rigidité diélectrique d'un isolant mesure sa capacité à supporter les tensions élevées sans risquer sa destruction par claquage. La chaleur est la principale cause de destruction des isolants solides. c'est pourquoi ces isolants sont répartis en différentes classes selon leur aptitude à supporter les températures plus ou moins élevées tout en garantissant une certaine durée de vie. Les isolants sont généralement de mauvais conducteurs de la chaleur. Cependant, certains isolants liquides et gazeux sont aussi utilisés comme colporteurs pour le refroidissement des appareils de grande puissance.

fleche

Machines electriques et transformateurs :
Auteur : Kolohama
Date : 16/08/2016
Sources : Electrotechniques (WILDI), Images, Google
Machines électriques :

La construction des machines électriques, varie selon les applications, ce qui explique le nombre non négligeables de ces dernières. Dans cette section, nous aurons un bref aperçu de la différence qu'il y'a entre chacune d'entre elles. Malheureusement la disponibilité des illustrations se fait rare sur le Web, nous nous contenterons donc simplement de quelques définitions.

* Génératrice à courant continu :

Une génératrice à courant continu comprend un enroulement inducteur ou "champ bobiné" sur une ou plusieurs paires de pôles produisant un champ magnétique. L'induit tournant est composé d'un grand nombre de bobines reliées au collecteur. Le collecteur assure la conversion des tensions alternatives générées dans les bobines de l'induit en tension continue et les balais établissent le contact avec la charge. Une image du principe de fonctionnement d'une génératrice est représentée dans la section sur le magnétisme en électricité.

* Moteur à courant continu :

La construction du moteur à courant continue est similaire à celle de la génératrice à courant continue. Comme dans le cas de la génératrice. Une tension est induite dans les enroulements de l'induit lorsque le moteur tourne. C'est la différence entre la tension de source appliquée à l'induit et cette tension induite qui provoque la circulation du courant dans l'induit. Le couple développé par le moteur est proportionnel au courant d'induit et au champs magnétique crée par le conducteur. Pour régler la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut changer le flux crée par l'inducteur ou faire varier la tension de la source.

* Moteur asynchrone :

Le circuit équivalent d'une machine asynchrone est similaire à celui d'un transformateur dont le primaire correspondrait au circuit du stator et le secondaire au circuit du rotor. Comme pour le transformateur, le circuit comprend deux branches série représentant la résistance et la résistance de fuite des enroulements du stator et du rotor ainsi qu'un branche Shunt représentant les pertes dans le fer et par frottement et aération, et le courant de magnétisation. Ce circuit est chargé au secondaire par une résistance variant avec le glissement. La puissance dissipée sans cette résistance permet de calculer le couple développé par le moteur. Ce circuit est valable pour les trois modes de fonctionnement : moteur, générateur et frein. Il est possible de commander la vitesse d'un moteur asynchrone non seulement en faisant varier la tension, mais aussi en faisant varier la fréquence de la source.

* Moteur monophasé :

Il existe une grande variété de moteurs monophasés sur le marché. Ces moteurs sont utilisés pour des applications de petite puissance. Le type le plus répandu est le moteur asynchrone. Le stator de ce type de moteur comporte un enroulement auxiliaire comportant chacun le même nombre de pôles. Le rotor est constitué d'une cage d'écureuil. C'est l'action combiné de l'enroulement principal et de l'enroulement auxiliaire qui, lorsqu'ils sont parcourus par des courants déphasés, permet de produire un champ tournant et un couple de démarrage. Tout comme le moteur le moteur asynchrone triphasé, le moteur asynchrone monophasé (qui n'a besoin que du courant domestique à une phase) tourne à une vitesse légèrement inférieure à la vitesse synchrone. Cette vitesse est déterminée par le nombre de pôles et la fréquence d'alimentation. Selon le type de moteur, l'enroulement auxiliaire peut être utilisé seulement pour assurer le démarrage. Dans le cas du moteur à bagues de court-circuit, la phase auxiliaire comporte une seule spire en court-circuit. Il existe aussi d'autres types de moteurs monophasés. Le moteur série tourne à haute vitesse. Il contient un collecteur comme un moteur série à courant continu. Le moteur à hystérésis et le moteur à réluctance variables sont des moteurs synchrones.

* Moteur synchrone triphasé :

Le moteur synchrone triphasé est construit de la même façon qu'un alternateur. Il comporte un stator portant un enroulement triphasé qui produit un champ tournant et un rotor à pôles saillants portant des enroulements alimentés en courant continu. Le rotor comporte aussi une cage d'écureuil permettant de démarrer le moteur en moteur asynchrone. Lorsqu'il a atteint une vitesse voisine de la vitesse synchrone, le rotor s'accroche au champ tournant du stator et se met à tourner en synchronisme avec celui-ci. La vitesse de rotation est donc imposée par la fréquence du réseau et le nombre de pôle de la machine.

* Moteur pas à pas :

Les moteurs pas à pas sont conçus pour tourner par incréments discrets, d'une fraction de tour à la fois, lorsqu'ils sont alimentés par une série d'impulsions. Ils comprennent un stator à pôles saillants munis d'enroulements et d'un rotor également à pôles saillants, en fer doux ou à aimants permanent et comportant un nombre de pôles différent du stator. A chaque impulsion appliquée à un enroulement du stator, le rotor tourne d'un angle constant dont la valeur dépend du nombre de pôles du stator et du nombre de pôles du rotor.

Transformateurs :

Le principe du transformateur a déjà été abordé dans la section sur le magnétisme. Si on en parle en électrotechnique, c'est qu'il existe plusieurs types de transformateurs dont le fonctionnement est à l'antipode du fonctionnement des transformateurs traditionnels que nous connaissons en électronique. On pense par exemple aux transformateurs triphasés qui alimentent les machines et moteurs dont la source d'alimentation se base sur système à trois phase.

* Transformateur normal :

Le transformateur est un appareil très simple permettant de modifier la tension et le courant dans un circuit alternatif. Dans sa forme la plus élémentaire, il est constitué de deux bobines couplées appelées primaire et secondaire montées sur un noyau. Bien que le transformateur idéal n'existe pas, il est important d'en connaître les propriétés fondamentales car les transformateurs utilisés en pratique ont des propriétés très semblables. Pour le transformateur idéal, le rapport des tensions primaires et secondaires est égal au rapport des nombres de tours de ces deux enroulements. Les courants sont dans les rapports inverses. Le transformateur idéal change donc les valeurs des tensions et des courants, et transforme les impédances. Toutefois, la puissance active et la puissance réactive sont transportées sans aucune perte du primaire au secondaire.

* Transformateur triphasé :

Les transformateurs triphasés peuvent comporter trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires montés sur un même noyau ou ils peuvent être réalisés à partir de trois transformateurs monophasés. Pour les transformateurs utilisés pour élever ou abaisser la tension, il existe deux façons de monter les trois enroulements primaires et les trois enroulements secondaires: La connexion en triangle et la connexion en étoile. On peut réaliser n'importe quelle combinaison de ces connexions. La connexion étoile-triangle ou triangle-étoile introduit un déphasage de +30° ou -30° entre les tensions primaires et secondaires. Le montage triangle-triangle a l'avantage qu'il permet de fonctionner à puissance réduite avec un des trois transformateurs hors service. Certains transformateurs comportent un troisième enroulement généralement monté en triangle et appelé enroulement tertiaire.

transfo_1

* Transformateur monophasé.

transfo_2

* Transformateur triphasé.

fleche

Electronique de puissance :
Auteur : Kolohama
Date : 18/08/2016
Sources : Electrotechniques (WILDI)

L'électronique de puissance diffère fortement de l'électronique analogique car elle ne sert qu'à réguler et asservir des systèmes d'entrainements pour les machines électriques d'un certain calibre. Pour cette raison, vous n'entendrez jamais parler de l'électronique de puissance ailleurs que dans le domaine d'électrotechnique. Certains principes et composants sont identiques à ceux de l'électronique analogique, mais le gabarit des composants en électrotechnique est beaucoup plus imposant. Parler de l'électronique de puissance dans son ensemble serai long à tel point qu'il faudrait des centaines de pages. On présente dans cette section un bref aperçu des composants et quelques circuits didactiques de base.

Les Composants :

* La diode :

Le principe de la diode a déjà été abordé dans la section électronique, comme dit plutôt dans cette section, le principe de certains composants sont les mêmes qu'en électronique analogique. La taille de la diode en électrotechnique est très volumineux comme peut le constater sur l'image en bas à gauche. Elle est munie d'une sorte de boulon qui permet de la visser dans le circuit et d'un crochet qui permet de connecter l'anode de la diode au circuit.

* Le thyristor :

Le thyristor n'a pas été abordé dans la section électronique car c'est un composant typique de l'électrotechnique, son fonctionnement est similaire à celui d'une diode, sauf qu'il possède une gâchette en plus de l'anode et la cathode d'une diode. Lorsque le courant est injecté dans la gâchette et que le thyristor est polarisé dans un sens qui laisse passer le courant, alors le thyristor fonctionne comme une diode. Dans le cas contraire, c'est à dire quand le courant qui circule dans la gâchette est négatif, l'anode du thyristor ne laisse plus passer le courant vers la cathode et ainsi le thyristor fonctionne comme un interrupteur ouvert. On peut dire que le thyristor fonctionne comme un commutateur de puissance. L'image du thyristor est représentée en bas à droite.

diode_1

* Diode de puissance.

thyristor_2

* Thyristor.


* Le BJT :

Le BJT est un transistor de puissance fonctionnent avec le même principe que celui d'un transistor normal en électronique. Il contient trois branches, donc trois régions que l'on appelle aussi, Emetteur, Base et Collecteur. Le principe du fonctionnement du BJT est le suivants lorsque la base est mise sous tension positive, le courant entre le collecteur et l'émetteur circule librement et dans le cas contraire, lorsque le courant ne circule plus dans la base, la tension entre le collecteur est l'émetteur, n'est plus en circulation et le transistor cesse d'émettre. Le transistor BJT de puissance est quelque peu différent de celui qu'on utilise en électronique sur l'image en bas à gauche, on peut voir à quoi il ressemble. Attention, il ne faut pas le confondre avec le transistor mosfet de puissance qui est discuté dans la prochaine section.

* Le MOSFET :

Le MOSFET est aussi un transistor de puissance mais qui diffère par la présence d'une diode entre la grille et la source qui ne laisse passer le courant que dans un sens. Les trois broches du MOSFET n'ont pas la même appellation que le transistor précédent. La base est remplacée par la grille, le collecteur par le drain et l'émetteur par la source. le principe de fonctionnement est le même que tous les transistors sauf, qu'il n'est jamais utilisé pour l'amplification, le seul rôle du MOSFET est la commutation. Il faut bien sûr appliquer une tension positive sur la grille afin que le courant passe du drain vers la source. La présence de la diode est justifiée par le fait que le courant dans un MOSFET ne peut circuler de la source vers le drain, c'est à dire qu'il n'accepte aucune tension négative qui pourrai aller de la source vers le drain.

bjt

* Transistor de puissance BJT.

mosfet

* Transistor de puissance MOSFET.


* L'IGBT :

L'IGBT est un transistor qui est similaire au BJT. Il possède une Base, un Collecteur et un Emetteur. Il mettre une tension positive dans la base pour que le courant entre le collecteur et l'émetteur circule. La grande différence avec les autres transistors de puissance est que la base l'IGBT peut interrompre la circulation du courant d'une manière très rapide. Ce qui le place dans le rang de favoris pour la gestion des fréquences rapides ou hautes fréquences.

igbt

* Transistor de puissance IGBT.

Exemple de circuit en électronique de puissance :

* Le Hacheur :

Dans plusieurs applications en électrotechnique, on a recourt au hacheur. Le hacheur peut servir à plusieurs choses notamment augmenter le courant continu afin d'asservir un moteur c.c. Il y'a deux types principaux de hacheurs, les hacheurs à 2 quadrants, qui comportent deux transistors MOSFET et les hacheurs 4 quadrants qui comportent 4 transistors mosfet. La disposition des transistors est indiquée sur les deux images en dessous. Une autre application du hacheur quatre quadrants consiste à créer une modulation à largeur d'impulsion. Comme dit précédemment, certains types de moteurs et surtout les moteurs à courant alternatif, ont besoin d'une variation de fréquence afin de changer de vitesse. C'est à ce moment qu'intervient la modulation à largeur d'impulsion (MLI) et le hacheur qui devient modulateur.

hacheur

* Hacheur à deux quadrants.

hacheur_2

* Hacheur à quatre quadrants.

fleche



Ce site n'a été créé que dans un but pédagogique, veuillez ne pas tenir compte des éventuelles erreurs rencontrées.
Info-électro.com © 2016