Electricité – Régime et puissance

Les types de courant électrique

Il existe deux types de courant :

• Le courant continu,
• Le courant alternatif.

Utilisation du courant alternatif

Au quotidien, nous utilisons en très grande majorité du courant alternatif pour l'éclairage, le chauffage, ....

Utilisation du courant continu

Le courant continu est lui aussi très utilisé dans tous les appareils utilisant une batterie : smartphone, ordinateurs portables, ....

Dans le transport d'énergie, le courant continu est utilisé dans certains cas : transports sur longues distances, câbles sous-marins, ...

Avantages du courant alternatif dans le transport d'énergie

L'alternatif est majoritairement utilisé dans le transport de l'énergie car, son intensité étant limitée, il permet de minimiser les pertes :

• Les transformateurs permettent de modifier une tension alternative sans trop créer de pertes.
• Il faut savoir que pour transporter du courant sur de grands réseaux, il faut utiliser de la haute tension.
• Les câbles servant au transport de l'énergie opposent une résistance au passage du courant créant des pertes.
• Pour éviter les pertes, tout en gardant la même puissance transportée, nous augmentons la tension et nous réduisons le courant : P = U x I.

Production d'énergie électrique

De plus, les moyens de production d'énergie actuels (éolienne, nucléaire, hydroélectrique, ...) utilisent des alternateurs produisant du courant alternatif. En effet, ils sont plus simples à réaliser et possèdent un meilleur rendement que les générateurs à courant continu.

Types de courant électrique

Courant continu

Courant continu : « = » il ne varie pas dans le temps.

Courant alternatif

Courant alternatif : « ~ » il varie dans le temps sous forme d'alternances positives et négatives.

Caractéristiques du courant alternatif

Le courant alternatif est :

• Périodique :
  • La tension change périodiquement de sens, le courant s'inverse constamment.
• Sinusoïdal :
  • La tension varie en fonction du temps suivant une courbe appelée sinusoïde.
  • Cette allure est due au fonctionnement des alternateurs :
    • Lorsque l'alternateur est en fonctionnement, la partie en mouvement (Rotor), qui est constituée de plusieurs « aimants » (Sud, Nord, Sud, Nord, ...) va attirer les particules d'énergies et les repousser créant ainsi du courant électrique.
    • L'alternateur crée alors une alternance positive suivie d'une alternance négative.

Période et fréquence

La succession de ses deux alternances s'appelle : période.

La période est désignée par la lettre T et s'exprime en seconde.

La fréquence est le nombre de périodes par seconde. Elle s'exprime en Hertz (Hz).

Autrement dit, la fréquence est le nombre de cycles par seconde.

La formule pour calculer la fréquence est : f = 1 / T

En France, la fréquence est de 50 Hz :

f = 1 / T > 50 Hz = 1 s / T > T = 1 s / 50 Hz = 0,020 s = 20 ms

En conclusion, chaque 20 ms il y a une alternance.

La sinusoïde et la rotation du générateur

La sinusoïde correspond à la rotation du générateur :

La pulsation

La rotation du rotor du générateur correspond à la pulsation $\omega$ (omega). La pulsation est en fait la vitesse angulaire correspondant à la rotation du rotor.

Formules de la pulsation

Ses formules sont :

• $\omega = 2 \pi f$
• $\omega = 2 \pi / T$
• $\omega T = 2 \pi$

Où :

• $\omega$ : pulsation en radians par secondes (rad/s)
• T : période du signal en secondes (s)
• f : fréquence du signal en hertz (Hz)

Calcul de la valeur instantanée

Tension instantanée

$U = Um \times \sin (\omega \times t)$

Um = Valeur maximale.

Courant instantané

$I = Im \times \sin (\omega \times t + \phi )$

Im = Valeur maximale.

$\phi$ = cet angle correspond au déphasage entre le courant et la tension.

Calcul de la valeur efficace

Elle correspond à la valeur d'une « tension continue » qui aurait en moyenne le même effet sur les récepteurs.

$Ueff = Umax / \sqrt{2}$

$Ieff = Imax / \sqrt{2}$

Le déphasage en régime alternatif

Lorsque nous mesurons, à l'aide d'un oscilloscope, les signaux tensions et courants, nous pouvons remarquer que les deux signaux sont décalés.

Ce décalage s'appelle déphasage entre la tension et le courant.

Conditions d'apparition du déphasage

Lorsqu'un circuit est composé uniquement d'un élément purement résistif (ampoule à incandescence), il n'y a pas de déphase. Mais s'il y a des éléments électroniques ou simplement une bobine ou un condensateur, alors un déphasage va se créer.

Types de déphasage

Il peut y avoir deux cas de déphasage :

• La tension est en retard sur le courant (déphasage négatif),
• La tension est en avance sur le courant (déphasage positif).

L'angle de déphasage se note $\phi$.

Il est important de le prendre en considération lorsque nous effectuons des calculs en régime alternatif.

Application pratique

La formule de la puissance en régime alternatif est :

$\rm P = U \times I \times \cos \phi$.

$\phi$ = (Fi)

Facteur de puissance

On appelle facteur de puissance le cosinus $\phi$ de l'angle de déphasage formé par la tension et l'intensité.

Selon l'angle de déphasage, la puissance ne sera pas la même.