La machine à courant continu est un convertisseur d’énergie, totalement réversible, elle peut fonctionner soit en moteur, convertissant de l’énergie électrique en énergie mécanique, soit en génératrice, convertissant de l’énergie mécanique en énergie électrique. Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux différentes conversions. Cette machine est donc un convertisseur électromécanique.

La machine à courant continue comporte les parties principales suivantes :
• Une partie fixe appelée STATOR qui aura le rôle d’inducteur.
• Une partie mobile appelée ROTOR qui aura le rôle d’induit.
• Une liaison rotor – éléments extérieurs à la machine appelée COLLECTEUR.
 L’inducteur :
Il est formé soit d’aimants permanents en ferrite soit de bobines placées autour des noyaux polaires.
Lorsque les bobines sont parcourues par un courant continu, elles créent un champ magnétique dans le circuit magnétique de la machine notamment dans l’entrefer, espace séparant la partie fixe et la partie mobile, où se situent les conducteurs. Ce flux et ce champ sont orientés du pôle Nord vers le pôle Sud.
 L’induit : 
Le noyau d’induit est en fer pour canaliser les lignes de champ, les conducteurs sont logés dans des encoches sur le rotor, deux conducteurs forment une spire.

EXERCICE CORRIGE SUR LE MOTEUR A COURANT CONTINU :

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Le transformateur a pour but de modifier les amplitudes des grandeurs électriques alternatives : il transforme des signaux sinusoïdaux de tension et de courant de fréquence donnée en signaux sinusoïdaux de même fréquence mais de valeurs efficaces différentes.

Il est constitué :
– D’un circuit magnétique fermé
– De deux circuits électriques sans liaison entre-deux, enroulés autour du circuit magnétique :
 Circuit électrique lié au générateur = primaire.
 Circuit électrique lié au récepteur = secondaire.
Soit 𝑉1 la valeur efficace de 𝑉1 au primaire et 𝑉2 la valeur efficace de 𝑉2 au secondaire :
– Si 𝑉1 < 𝑉2, le transformateur est dit élévateur de tension.
– Si 𝑉1 > 𝑉2,  le transformateur est dit abaisseur de tension.
– Si 𝑉1 = 𝑉2,   le transformateur est un transformateur d’isolement

 Exercices Corrigés sur le transformateur monophasé réel :

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La méthode de Boucherot permet, en régime sinusoïdal de tension et de courant, de calculer la puissance totale consommée par une installation électrique comportant plusieurs dipôles électriques de facteur de puissance divers, ainsi que l’intensité totale appelée.

La puissance totale consommée ( puissance absorbée)  : c’est ce qu’on paie.
L’intensité absorbée : pour le dimensionnement des câbles, disjoncteurs, sectionneur, … et choix de l’abonnement.
Le facteur de puissance global quand c’est utile (installations alimentées en haute tension, le plus souvent industrielles).
La valeur des condensateurs s’il y a lieu de perfectionner le facteur de puissance.

 Exercices : Bilan des puissances en monophasé 

La Correction de l’exercice 1 :

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La Loi des mailles : Dans une maille fermée, la somme des tensions ayant le même sens que le courant est égale à la somme de celles qui s’y opposent.

 Autre définition : la somme algébrique des différences de potentiel le long d’une maille fermée est constamment nulle

La Loi des nœuds : La somme algébrique des intensités des courants dans les conducteurs orientés vers un nœud est égale à la somme algébrique des intensités des courants dans les conducteurs orientés à partir du nœud.

 Autre définition : La somme des intensités des courants qui entrent par un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui sortent du même nœud.

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Évolution spontanée de deux corps en contact. Soient deux objets A et B indéformables (δW = 0) formant un système isolé (δQ = 0). Conformément au premier principe de la thermodynamique, la variation de l’énergie interne est égale à la somme de la chaleur et du travail : δW + δQ = dU.

Le principe de conservation stipule que la quantité d’énergie d’un système isolé ne peut varier. Dire qu’un système A n’est pas isolé, c’est dire qu’il existe au moins un autre système B extérieur à A et qu’il existe des transferts d’énergie entre ces systèmes.

Exercices : Transfert de chaleur entre deux corps

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Lors de la combustion complète d’un hydrocarbure ou d’un alcool, le combustible réagit avec le comburant (le dioxygène). il y a pour formation du dioxyde de carbone et de l’eau. La combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool produit du dioxyde de carbone, gaz à effet de serre dont le rejet dans l’atmosphère participe au réchauffement climatique.

Une réaction de combustion est toujours exothermique (le système chimique libère de l’énergie).
On appelle énergie molaire de combustion l’énergie libérée par mole de combustible consommé. On la note E_comb (en J.mol^-1). Lors de la combustion, cette énergie chimique est convertie en d’autres formes d’énergie grâce à un transfert thermique.
Les hydrocarbures (souvent issus des pétroles) et les alcools constituent des stocks d’énergie chimique.

Exercice : La combustion – Rapport Energie-quantité de CO₂

La correction :

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La chaudière à condensation est une chaudière qui a la capacité de récupérer de l’énergie. Cette énergie est récupérée dans la vapeur d’eau qu’elle produit lors de la combustion.

Chaudière gaz à condensation : Fonctionnement. La chaudière gaz à condensation fonctionne sur le même principe qu’une chaudière classique. Elle brûle du gaz pour produire de la chaleur. Elle est plus performante parce qu’elle récupère la chaleur contenue dans les fumées, ce qui explique son très haut rendement.

Exercice avec correction : Combustion dans une Chaudière à condensation

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Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l’un des modes d’échange d’énergie interne entre deux systèmes, un autre étant le travail. C’est un transfert d’énergie thermique qui s’effectue hors de l’équilibre thermodynamique. On distingue trois types de transfert thermique, qui peuvent coexister :

la conduction, due à la diffusion progressive de l’agitation thermique dans la matière ;la convection, transfert thermique qui accompagne les déplacements macroscopiques de la matière ;le rayonnement, qui correspond à la propagation de photons.
La quantité de chaleur Q est la quantité d’énergie échangée2 par ces trois types de transferts, elle s’exprime en joules (J). Par convention, Q > 0 si le système reçoit de l’énergie. La thermodynamique s’appuie sur le concept de chaleur pour ériger le premier et le deuxième principe de la thermodynamique.

La résistance thermique quantifie l’opposition à un flux thermique entre deux isothermes entre lesquels s’effectue un transfert thermique. On a Rth = (T₂ -T₁)/Flux

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Un système triphasé comporte 3 ou 4 conducteurs : Trois conducteurs de phase : la charge est équilibrée, si un courant identique circule dans chacune des trois phases. C’est le cas, des moteurs électriques triphasés, des fours triphasés.
Un conducteur de neutre qui n’est pas systématique mais qui est souvent distribué.

Lorsqu’un appareil ne consomme pas un courant identique sur chacune des phases, un courant résiduel est produit, que le conducteur neutre permet d’évacuer afin de maintenir la tension nominale de distribution sur chacune des trois branches de la charge.

Le courant triphasé permet d’éviter les problèmes de puissance inhérents au courant monophasé alternatif (en régime sinusoïdal). On peut démontrer que le courant triphasé délivre une puissance instantanée sans composante pulsée contrairement au courant monophasé où la puissance instantanée présente une variation sinusoïdale de fréquence double superposée à une composante continue.

Pour les installations domestiques de forte puissance (ou pour les immeubles) où l’alimentation électrique se fait en courant triphasé, comme le courant consommé par chacune des phases est en général différent et varie dans le temps (mise en marche d’un lave-linge, d’une cuisinière, allumage et extinction de lumières ou d’appareils électroménagers…), l’installation électrique est généralement déséquilibrée ce qui requiert la connexion du neutre. Si cette dernière devait être défectueuse, certains circuits électriques pourraient recevoir une tension largement supérieure à leur tension nominale, avec des conséquences sérieusement dommageables pour les appareils qui y sont branchés et pour la sécurité de leurs utilisateurs.

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Les impédances complexes : En électricité, on peut caractériser le comportement d’un dipôle passif linéaire en régime sinusoïdal avec un nombre complexe que l’on appelle l’impédance complexe :

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