Fonction Alimenter

Introduction et types d’énergie

Nous sommes, à cet état, en situation de devoir fournir au système l’énergie dont il a besoin pour fonctionner proprement, il faut donc consacrer une partie de l’étude du produit à la manière d’alimenter ce dernier.

Objectifs : 

• Se familiariser avec le concept d’alimentation;
• Connaître les différents types d’alimentation en termes d’énergie utilisée.

Alimenter

Nous sommes donc dans la première étape du schéma de la chaîne d’énergie, cette première étape consiste donc à fixer le moyen principal avec lequel le produit s’alimentera en énergie nécessaire.

Types d’alimentation en termes de milieu transmetteur

On distingue dans ce cas deux types majeurs d’énergie, l’énergie électrique et l’énergie pneumatique.

Energie pneumatique

L’énergie pneumatique résulte de la compression d’air atmosphérique en vue de son utilisation à travers un réseau de canalisations. Un réservoir permet de stocker cet air.

Energie électrique

Energie électrique réseau

C’est l’électricité fournie par une compagnie de distribution (ONE, etc), elle est de type courant alternatif monophasé de fréquence 50Hz et de tension efficace 220V pour les maisons, et de type alternatif triphasé de tension efficace 380V pour les unités industrielles. Cette énergie nécessite un branchement et une protection.

Energie électrique locale

Dans ce cas, l’énergie électrique est produite soit localement soit stockée dans des dispositifs prévus à cet effet.

Alimentation en énergie électrique

Objectifs :

Comprendre l’électricité comme source d’énergie ;

Connaître les méthodes et moyens de production de l’énergie électrique ; 

Connaître les propriétés de l’énergie électrique domestique.

Alimentation électrique réseau

L’électro-aimant et l’alternateur

L’énergie électrique est créée par un alternateur. Il convertit une énergie mécanique de rotation en une énergie électrique à travers un électro-aimant. Par principe, lorsque l’arbre de l’alternateur est doté d’une énergie mécanique de rotation , celle-ci fait tourner un aimant autour de bobines, le champ magnétique tournant génère ainsi un courant dans les bobines grâce au phénomène d’induction magnétique.

Moyens de production d’énergie électrique

L’énergie électrique est créée grâce à un alternateur, la différence réside dans la source de l’énergie mécanique qui fait tourner l’arbre, que l’on catégorise en deux parties :

Centrales à énergie fossile : Non renouvelable, celles-ci ont l’avantage d’avoir un bon rendement pour un faible coût, l’inconvénient de base est la nature polluante du processus de conversion. On cite par exemple les centrales à gaz et les centrales à charbon ou fuel.

Centrales à énergie renouvelables : Quoique encore chères, elles ont comme avantage principal d’être en réserves abondantes et non polluantes. On cite par exemple les centrales éoliennes ou les centrales solaires.

Caractéristiques de l’énergie électrique réseau

Classification par type de courant

On distingue dans ce cas deux types majeurs : l’électricité à courant continu - DC et l’électricité à courant alternatif - AC qui se divise aussi en deux; un courant monophasé et un courant triphasé.

Courant continu

Le courant continu est le type le plus simple d’électricité, celui-ci est utilisé généralement dans les piles DC qui ne délivrent de courant que dans un seul sens, il est défini par une valeur de tension U qui est constante aussi au fil du temps.

La puissance d’une électricité DC est définie comme suit : $P=U \cdot I$

Et elle est exprimée en watts W.

Courant alternatif

Il s’agit d’un courant dont la valeur change au fil du temps, donc le courant il est une fonction qui dépend du temps, et la tension $\mathrm{ut}$ l’est aussi, il s’agit généralement d’un courant alternatif sinusoïdal, c’est-à-dire que le courant en phase s’écrit de la manière suivante :

$i(t)=i_{\max } \sin (2 \pi f t+\phi)$ Où $i_{m a x}$ est la valeur maximale du courant et est la phase à l’origine du courant, que l’on prend généralement $\phi=0$.

Courant alternatif monophasé 220V-50Hz AC

Le courant alternatif monophasé est une configuration ou l’on qu’une seule source de courant, appelée la phase et une masse, appelée neutre.

Dans ce cas, la tension s’écrit de la forme suivante : $u(t)=u_{\max } \sin (\omega t+\varphi)$

Nous mettons ici en détail les propriétés de cette tension : $u_{m a x}$ est la valeur maximale mesurée par un oscilloscope, elle vaut $325V$ pour une alimentation réseau de type $220V-50Hz AC$.

$\omega=2 \pi f$ est la pulsation, exprimée en radians par seconde rad/s et $f$ est la fréquence, exprimée en Hertz Hz, la fréquence vaut 50Hz.

On définit la période T comme suit : $T=\frac{1}{f} \quad(s)$ Elle vaut donc 0.02s. est le déphasage entre le courant et la tension, lu dans l’oscilloscope, exprimé en radians.

On définit la valeur efficace, qui est la valeur mesurée par un voltmètre, dans le cas d’une tension sinusoidale, celle-ci s’exprime ainsi : $u_{e f f}=\frac{u_{\max }}{\sqrt{2}}$ . Dans ce cas, elle vaut 220V qui est donc la tension utilisée.

La puissance d’une électricité AC monophasée est définie comme suit : $P=U \cdot I \cdot \cos (\varphi)$ Et elle est exprimée en watts W.

Courant alternatif triphasé 380V-50Hz AC3

Un courant triphasé consisté en l’utilisation de 3 sources de courant au lieu d’une seule, déphasées de 120 degrés chacune, dans ce cas, on dispose de trois fils phase et un seul fil neutre, les 3 fils phases délivrent respectivement les courants suivants :

$i_{1}(t)=i_{\max } \sin (2 \pi f t+\phi)$

$i_{2}(t)=i_{\max } \sin \left(2 \pi f t+\phi-\frac{2}{3} \pi\right)$

$i_{3}(t)=i_{\max } \sin \left(2 \pi f t+\phi-\frac{4}{3} \pi\right)$

Ce qui permet d’obtenir une tension composée de $\sqrt{3} u_{\max }$, lorsque $u_{\max }=220 \mathrm{~V}$ entre une phase et un neutre, on obtient un total de $\sqrt{3} \times 220 \simeq 381 \mathrm{~V}$ qui est la valeur prescrite.

La puissance d’une électricité AC triphasée est définie comme suit :

$P=\sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos (\varphi)$ Et elle est exprimée en watts W.

Courant alternatif triphasé 380V-50Hz AC

La puissance d’une électricité AC triphasée est définie comme suit : $P=\sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos (\varphi)$ Et elle est exprimée en watts W.

Adapter et protéger l’énergie électrique