Électrotechnique

Tension continue – tension alternative

On distingue deux types d’alimentations électriques :

• les alimentations avec une tension continue (on dit plus fréquemment courant continu)
• les alimentations avec une tension alternative (on dit plus fréquemment courant alternatif)

Tension continue

Les piles, les batteries, les panneaux photovoltaïques fournissent une tension continue. Le terme « continue » signifie que la tension ne varie pas au cours du temps :

En réalité, la tension peut varier (parce que la pile se décharge, parce que la tension diminue lorsque le courant augmente,…) mais dans des proportions faibles et sans jamais changer de signe.

Un exemple d’application :

Tension alternative

La tension alternative est produite par une machine tournante : l’alternateur. Elle a une allure sinusoïdale :

On constate sur la figure ci-dessus que la tension est la moitié du temps positive et l’autre moitié du temps négative. Ainsi, la valeur moyenne de la tension est nulle. Pourtant cette tension permet d’obtenir de la puissance. Pour caractériser cette tension, on utilisera deux informations :

• sa fréquence (50 hz en Europe)
• sa valeur efficace : U en volts

\[U=\sqrt{2} \times U_{maxi}\]

Déphasage Tension – Courant

Lorsqu’un dispositif est alimenté par une tension alternative, il arrive fréquemment que l’intensité soit un peu en retard par rapport à la tension (cas des dispositifs inductifs, c’est-à-dire comprenant des bobinages, les moteurs par exemple) ou en peu en avance par rapport à la tension (plus rare, cas des dispositifs capacitifs). On dit alors qu’il y a un déphasage. Ce déphasage est noté φ (phi), il s’agit d’un angle. Nous verrons plus loin que l’on utilise fréquemment cos(φ) dans les calculs. cos(φ) est appelé : facteur de puissance.

Il arrive aussi que le dispositif ne provoque aucun déphasage (c’est le cas des résistances, fréquemment utilisées pour le chauffage). On dit alors que tension et courant sont en phase. φ est donc égal à 0 et cos(φ) est égal à 1.

Puissance en alternatif

Nous avons vu que lorsqu’un dispositif est alimenté avec une tension continue la puissance consommée par ce dispositif est le produit : P=U I.

En alternatif, cette relation est vérifiée à chaque instant t et l’on peut écrire : \[P(t)=u(t) \times{i(t)}\] .

Mais cette puissance qui varie en permanence – puisque u(t) et i(t) sont des sinusoïdes – est souvent peu intéressante, c’est pourquoi on calcule une valeur moyenne : \[P=U \times{I} \times{cos(\varphi)}\]

Remarquons que si le facteur de puissance – le cos(φ) – est égal à 1, on a : P = U I.

Alimentation monophasée

Les prises électriques qui se trouvent dans votre logement ou dans le lycée sont des prises pour alimentation monophasée. Ces prises sont reliées à 3 fils :

• un fil de phase qui n’est ni bleu ni jaune et vert
• un fil de neutre bleu
• un fil de protection équipotentielle (le fil de terre) jaune et vert

Les deux fils d’alimentation sont la phase et le neutre : entre ces deux fils on dispose d’une tension alternative dont la valeur efficace est égale à 230 V.

Le conducteur de protection équipotentielle assure la protection des personnes contre les contacts indirects.

Alimentation triphasée

Les centrales de production électrique fournissent du triphasé. Cette tension est d’abord élevée à l’aide d’un transformateur, elle est ensuite transportée grâce aux lignes électriques, elle est enfin abaissée à l’aide d’un transformateur pour être distribuée aux utilisateurs.

Une alimentation électrique triphasée comporte :

• 3 fils de phases – un pour chacune des phases notées L1, L2 et L3
• un conducteur de protection équipotentielle
• éventuellement un conducteur de neutre

Lorsque l’alimentation comporte un fil de neutre, il y a donc 5 fils qui arrivent à la prise tétrapolaire :

On dispose de 6 tensions, 3 tensions simples et 3 tensions composées :

Les 3 tensions simples ont l’allure suivante :

La valeur efficace de chacune des tensions simples est égale à 230 V. On remarque que les tensions sont déphasées : il y a un déphasage de \[\frac{2\times\pi}{3}\ radians\] soit 120°entre (V1 et V2), (V2 et V3), (V3 et V1).

Les tensions composées sont mesurées entre 2 phases. On obtient une allure identique à celle des tensions simples. Cependant la valeur efficace d’une tension composée est plus élevée que celle d’une tension simple : \[U_{composée}=\sqrt{3} \times V_{simple}\]

Lorsque l’alimentation ne comporte pas de fil de neutre, on ne dispose que des 3 tensions composées .

Puissance en triphasée

La puissance en triphasée est calculée avec la relation suivante : \[P=\sqrt{3} \times U \times I \times cos \varphi\]

Sécurité électrique

L’électricité peut être dangereuse pour les personnes et pour le matériel. On parlera donc de protection des personnes et de protection du matériel.

Électrisation et électrocution

Une personne est électrisée lorsque lorsqu’un courant électrique passe par son corps et provoque des blessures plus ou moins graves. Une personne est électrocuté lorsque ce courant électrique provoque sa mort.

Peu de données fiables sont disponibles sur les accidents de la vie courante liés à l’électricité. Une étude de l’Institut de Veille Sanitaire de 2015 contient des informations intéressantes.

Nombre de décès. – Le nombre de décès par électrocution a beaucoup diminué entre 1979 et 2011, passant de 165 décès à 38 décès (cf. graphique ci-dessous). On peut supposer que cette diminution est liée à la généralisation des dispositifs de protection des personnes (prises à éclipse, prise de terre, disjoncteur différentiel,…).

http://www.inrs.fr/risques/electriques/accidents-origine-electrique.html