Prérequis, Conseils+ Infos+...
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Simulateurs pratiques disponibles ! En fin de page :
EE = à vide, au 'cœur' du générateur
U = tension réelle aux bornes de la source de tension, la tension induite...
- Une bobine devient source d'une tension E uniquement lors de variations de champ
- E est proportionnel à l'intensité du champ magnétique
- E est aussi inversement proportionnel au tempsPlus le temps requis pour faire varier ce champ est court, plus l'effet est élevé
(Vu avec : introduction de l'aimant...)
E est proportionnel à la vitesse
La vitesse est un déplacement par unité de temps, il est plus simple de raisonner directement sur le temps ! - E s'oppose, E est donc négatif –
Mettons tout cela en équation :
Il existe bien des déclinaisons de cette formule générale, dans nos autres cours nous y reviendrons...
Tension E = – Nombre de spires × ( Variation de flux / temps requis pour cette variation )
E = - N × ( ΔΦ / Δt )
1 Volt = 1 Weber / seconde
N : le nombre de spires de la bobine ; Φ = B × S, le flux à travers une spireIl existe bien des déclinaisons de cette formule générale, dans nos autres cours nous y reviendrons...
Transformateur, principe
Base du transformateur en début de vidéo
Dans cette vidéo, nous mettons en évidence la tension induite lors d'une variation de champ magnétique.
Le shunt magnétique du poste à souder
Cliquez sur l'image pour relancer l'animation
Simplifié à des fins pédagogiques, voici le principe de réglage des 'vieux' postes à souder par shunt magnétique. C'est en dégradant le shunt et en modifiant ainsi l'efficacité de transformation (au détriment surtout du cos φ : le shunt limite l'intensité par sa réactance) que l'on adaptait la puissance de soudage au diamètre de baguette souhaité.
Aujourd'hui l'électronique a bien amélioré tout cela !
Résistivité des principaux matériaux
Valeurs à froid (20 °C) : en service, la normeNF C 15-100, calcul des chutes de tension : résistivité en service normal, soit 1,25 fois celle à 20 °C (arrondie à 0.018 pour le cuivre).
0.0225 Ω·mm²/m pour le cuivre, 0.036 pour l'aluminium.
Argent, or, fer : hors norme, valeurs estimées vers 70 °C (le maximum d'un câble PVC en service). calcule à chaud !
Touchez les chiffres du tableau pour voir les valeurs à chaud.
0.0225 Ω·mm²/m pour le cuivre, 0.036 pour l'aluminium.
Argent, or, fer : hors norme, valeurs estimées vers 70 °C (le maximum d'un câble PVC en service). calcule à chaud !
Touchez les chiffres du tableau pour voir les valeurs à chaud.
| Matériau | ρ à 20 °C |
| Argent | 16×10⁻⁹19×10⁻⁹ vers 70 °C |
| Cuivre | 17×10⁻⁹22.5×10⁻⁹ à chaud, selon la norme |
| Or | 22×10⁻⁹26×10⁻⁹ vers 70 °C |
| Aluminium | 28×10⁻⁹36×10⁻⁹ à chaud, selon la norme |
| Fer | 100×10⁻⁹130×10⁻⁹ vers 70 °C |
Notons au passage le ratio entre cuivre et fer :
100 / 17 = 5.88, soit environ 6 comme vu dans la vidéo !
Pour simplifier l'utilisation du tableau, nous allons utiliser ce résumé pratique :
1 m de cuivre en 1 mm² ≃ 0.017 ΩLe mm² est l'unité usuelle en électricité.
Ainsi de 10⁻⁹ on arrive à 10⁻³ ce qui est plus pratique à manier pour les calculs !
Un mètre de fil de cuivre de 1 mm² de section offre une résistance de 17 mΩ.
Soit : 0.017 Ω
Côté aluminium :
1 m d'aluminium en 1 mm² ≃ 0.028 ΩLe mm² est l'unité usuelle en électricité.
Un mètre de fil d'aluminium de 1 mm² de section offre une résistance de 28 mΩ
Soit : 0.028 Ω
Alors aluminium ou cuivre ? Si le côté économique peut jouer, nous resterons sur un plan technique :
L'aluminium est 28 / 17 ≃ 1,65 fois plus résistif que le cuivreA section et longueur comparables :
Ainsi on choisit 16 mm² aluminium pour remplacer 10 mm² en cuivre,
25 mm² en 'alu' au lieu de 16 mm² en cuivre..., en augmentant donc la section pour conserver les mêmes caractéristiques électriques côté résistance, on subira un fil plus volumineux (la section augmentera de 60%) ! Mais il sera plus léger...
En effet, la densitéla densité est une valeur sans unité relative à l'eau pure.
Un litre d'eau = 1 kilogramme = densité 1 = la référence
Le cuivre est donc quasiment 9 fois plus 'lourd' à volume identique... du cuivre est de 8.92 pour seulement 2.7 pour l'aluminium.
Soit une densité : 8.92 / 2.7 ≃ 3.3 fois moindre pour l'aluminium...
Malgré la compensation nécessaire en section et donc masse d'≃ 60 % :
3.3 / 1.6 ≃ 2
L'aluminium pour une résistance égale sera 2 fois plus léger... C'est une des raisons de son choix pour certaines applications où la masse des conducteurs est un facteur important :Lignes électriques aux pylônes moins soumis à contraintes et plus éloignés...
Courants de Foucault
Lorsqu'une masse conductrice subit une variationComme pour les transformateurs, cela ne s'applique pas à un champ fixe(aimant immobile ou alimentation continue lisse sans mouvement)
À noter que cette masse agit comme une spire secondaire en court-circuit de flux magnétique, elle est soumise à une tension induite qui, de par la conductanceL'inverse de la résistance 1 / R, une conductance élevée offre une résistance faible, le cuivre mais aussi fer, inox... Offrent une forte conductance. Celle des isolants tend vers 0. de la masse, engendre à son tour une intensité et donc 2 phénomènes :
- Un échauffement de par les pertes Joule : Pj = R × I²
- La force de LaplaceVoir le moteur à courant continu qui s'oppose à cette variation
Chauffe par induction
Puissance ≃ 200 WLa vidéo ci-dessus utilise un module Haute Fréquence qui s'inspire de ce qui est utilisé dans bien des applications dont les plus connues sont les plaques de cuisine, les fours et les bobines utilisées pour chauffer des pièces rapidementEn haute fréquence, la chaleur reste en surface (effet de peau) : c'est la trempe superficielle des axes. Pour chauffer à cœur, on baisse la fréquence.
Autre usage : dilater une pièce pour monter ou retirer un roulement serré....
Autre usage : dilater une pièce pour monter ou retirer un roulement serré....
Ralentisseur : la force de Laplace en vidéo
Le fil conducteurCuivre, aluminium... : conducteur électrique se déplace sur le 'rail de Laplace' car une intensité le traverse alors qu'il est soumis à un champ. Les ralentisseursComme le moteur asynchrone ne tourne que parce qu'il subsiste un champ tournant, d'où le glissement, le ralentisseur n'oppose une force que parce qu'il subsiste une rotation électromagnétiques connus sous le nom de la marque TelmaMarque réalisant des ralentisseurs pour camions, trains... utilisent cette particularité. Là le champ magnétique est fixe et continu mais c'est la masse de métal, un disque ou une roue de train, qui tourne devant la bobine, ce qui revient au même !L'effet est identique : courant de Foucault ⇒ force qui en s'opposant viendra ralentir la roue ou le disque en mouvement tout en provoquant un échauffement...
Encore une fois, ce procédé ne peut freiner totalement l'objet car il faut que la roue tourne encore ! Donc plus le disque ralentit, moins la tension induite et donc moins l'intensité est élevée ce qui réduit la Force de ralentissement... Ce ralentisseur sera plus efficace à grande vitesse, sans effet à l'arrêt, d'où son nom ! Notons que l'énergie absorbée en ralentissant est dissipée en chaleurSans protections et précautions, un usage trop intensif du ralentisseur peut provoquer un incendie !.
Déterminer le calibre, InIntensité nominale, IccIntensité de court-circuit = intensité maximale, PdCPouvoir de Coupure des protections électriques
Comment sont déterminés les choix des protections à la sortie du transformateur dans une usine ?Voici un premier schéma simplifié en monophaséEn triphasé, il convient simplement de répéter cela à chaque phase... pour appréhender tout ceci :
Nous verrons comment sont déterminées les intensités nominales et maximales (PdC) tant côté sortie qu'en armoire déportées représentées à droite sur le schéma ci-dessus...
Le fabricant nous communique :
- Un en charge (pour In, I nominal), U0 (à vide)
- Rappel Un . In . √3Uniquement en triphasé = S en VA
- Icc (Intensité de court-circuit du transfo)
Données pour le magnétothermique :
- In : calibre nominal de la protection
- Im : intensité de déclenchement magnétique, en cct (à ne pas confondre avec Icc, l'intensité du court-circuit lui-même)
(liée aussi à la courbe de déclenchement : C, D, MA... ) - PdC : Pouvoir de coupure en Ampères
(I maxi avant destruction ; ex : 10 kA IEC)
Données du câble via sa section, longueur :
Résistance R = ρ × lg / Section
- In, (I nominal), du disjoncteur de tête doit être inférieur ou égal à In transformateur
- PdC, (intensité de Pouvoir de Coupure), du disjoncteur de tête doit être supérieur à Icc transfo pour garantir qu'il parviendra à ouvrir sans se détruire !
- Im (seuil de déclenchement magnétique) du disjoncteur de tête doit être inférieur à Icc transformateur
- Le PdCPouvoir de Coupure des magnétothermiques déportés doit être supérieur à l'intensité de court-circuit possible là où ils sont posés !
- Im (seuil de déclenchement magnétique) des magnétothermiques déportés doit être inférieur à I max (I max = Un transfo / R ligne : câbles+contacts+...) pour garantir qu'il ouvrira bien instantanément en cct et pas en surcharge quelques secondes après !
Alors qu'en déclenchement cct le délai est inférieur à 0.02 s !
Rappel : Im disjoncteur = In × 5 à 10 pour une courbe C (U), 10 à 14 × In en courbe D (la norme autorise jusqu'à 20 × In).
Déporté, schéma unifilaire simplifié :
En bout d'installation, à cause de la résistance des câbles de liaison, I max (en rouge foncé sur le schéma), est largement inférieur à Icc transfo !
Si l'on réalise un cct en bout d'installation, l'intensité sera limitée par ces câbles et donc sera plus faible que le Icc du transformateur...
En effet, les résistances des fils, des contacts intermédiaires, des connexions, du/des disjoncteur(s) en amont... ...sont en série et s'ajoutent, diminuant cette intensité I max.
Il convient donc de s'assurer que I déclenchement en cct du magnéto-thermique déporté soit ≪ (très inférieur) à ce I max sous peine de déclenchement en simple surcharge du disjoncteur Mg-ThMagnéto-Thermique, cct et surcharges et donc avec un délai dangereux engendrant un risque d'incendie !
Une mesure de tension en chargeOn fait circuler une intensité représentative pour engendrer une chute de tension.
R sera trouvé simplement avec R = U / I à la sortie du transformateur et à la sortie du dernier disjoncteur sont le moyen le plus sûr de mesurer ces résistances réellesSi l'on peut estimer R fil (ρ × lg / S), il en va autrement des résistances de contact et de leur tenue dans le temps.... !
Document TGBT protections en pdf
Cours extrait du parcours : INDUSELEC
