RENDEMENT DES GENERATEURS ET DES MOTEURS ELECTRIQUES

1 ) Générateurs électrochimiques

2) Accumulateursélectriques

3) moteurs à courant continu

1) CAS D'UN GENERATEUR : LA PILE

La pile ne possède pas d’énergie électrique en stock ; c’est un réservoir d’énergie chimique.

Elle convertit cette énergie chimique en énergie électrique directement utilisable (énergie utile) et en énergie thermique (chaleur qui est souvent perdue).

On dit que la pile est un convertisseur d’énergie.

La conversion de l’énergie chimique en énergie électrique n’a lieu qu’à la demande, c’est-à-dire quand la pile est reliée à un circuit électrique fermé

BILAN DES PUISSANCES D'UN GENERATEUR ELECTROCHIMIQUE ( PILE)

générateur

pile

Puissance chimique(provenant de réactions chimiques)

Pch

Puissance électrique utilisable pour le circuit de charge Pu

Puissance thermique dissipée par effet Joule

Pj

Bilan des puissances :

Pch = Pu + Pj

CARACTERISTIQUE INTENSITE – TENSION D'UN GENERATEUR

UPN

IUPN = 4,59 – 2,25 I

L'équation de la caractéristique est : UPN = 4,59 – 2,25 I

MODELISATION D'UN GENERATEUR

L'équation de la caractéristique est : UPN = 4,59 – 2,25 I

UPN

I

Ce qui peut s'écrire sous la forme :

UPN = E – r I

Avec E : fem en V Ici E = 4,59V (valeur de la tension à vide, quand I = 0)

Avec r : résistance interne du générateur en ΩIci r = 2,25Ω (valeur absolue du coefficient directeur de U = f(I))

MODELISATION D'UN GENERATEUR

On peut modéliser le générateur par une

association série :

UPN = E – r I

d'une source de tension E

UPN

I <=>

E

et d'un conducteur ohmique de résistance r, parcouru par le courant I.

rI

I

RENDEMENT D'UN GENERATEUR

La puissance utile électrique est :

Pu = UPN.I

Or, on a : UPN = E – rI

Donc : Pu = UPN.I = (E – rI) . I

Pu = EI - rI2

Puissance utile

Puissance dissipée parEffet Joule PJ

Puissance résultant des réactions chimiques Pch

RENDEMENT D'UN GENERATEUR

Pu = EI - rI2

Puissance utile

Puissance dissipée parEffet Joule Pj

Puissance résultant des réactions chimiques Pch

C'est le bilan des puissances :

Pu = Pch - Pj soit Pch = Pu + Pj

Le rendement du générateur est donné par :

η =

PU

PCH

=U PN . I

E.I=

U PN

E

2) CAS D'UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE

Les batteries ou accumulateurs sont le siège de réactions électrochimiques.

● Il y a convertion d'énergie chimique en énergie électrique lorsqu'ils alimentent certains appareils électriques et électroniques.

● Il y a convertion d'énergie électrique en énergie chimique lorsqu'on les recharge.

BILAN DES PUISSANCES D'UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE

accumulateurPuissance électriquereçue

Pe

Puissance chimique utilisable

Pu

Puissance thermique dissipée par effet Joule

Pj

Bilan des puissances :

Pe = Pc = Pu + Pj

CARACTERISTIQUE INTENSITE – TENSION D'UN ACCUMULATEUR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

1

2

3

4

5

6

UAB(V)

I(mA)

UAB(V) 0,8 1,3 2,3 3,3 4,3 5,3I (mA) 0 10 30 50 70 90

UAB

IUAB = 0,8 + 50.I

L'équation de la caractéristique est : UAB = 0,8 + 50 I

MODELISATION D'UN ACCUMULATEUR

L'équation de la caractéristique est : UAB = 0,8 + 50 I

Ce qui peut s'écrire sous la forme :

UAB = E + r IUAB

I

Avec E : fem en V Ici E = 0,8V (valeur de la tension à vide, quand I = 0)

Avec r : résistance interne de l'accumulateur en ΩIci r = 50Ω (valeur du coefficient directeur de U = f(I))

MODELISATION D'UN ACCUMULATEUR

On peut modéliser l'accumulateur par une

association série :

UAB = E + r I

<=>

UAB

I

d'une source de tension E

E

et d'un conducteur ohmique de résistance r, parcouru par le courant I.

rI

I

RENDEMENT D'UN ACCUMULATEUR

La puissance électrique reçue est :

Pe = UAB.I

Or, on a : UAB = E + rI

Donc : Pe = UAB.I = (E + rI) . I Pe = EI + rI2

Puissance électrique reçue

Puissance dissipée parEffet Joule PJ

Puissance chimique utilisable Pu

RENDEMENT D'UN ACCUMULATEUR

Pe = EI + rI2

Puissance électrique reçue

Puissance dissipée parEffet Joule PJ

Puissance chimique utilisable Pu

C'est le bilan des puissances :

Pe = Pu + Pj

Le rendement du générateur est donné par :

Pu E. I E

Pe UAB.I UAB

η = = =

3) CAS D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU

Un moteur à courant continu convertit une puissance électrique reçue en une puissance mécanique.

Il vérifie la loi :

U = E + rI

Pertes collectivesP

C (frottements

et magnétisme)

BILAN DES PUISSANCES D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU

Moteur à

courant continu

Puissancemécaniqueutilisable

par la charge PU

Puissance thermiquedissipée par effet Joule P

J

Bilan des puissances :

Pe = Pu + Pj + Pc

Puissanceélectriquereçu P

E

η =PU

PE

=P U

U.I

Rendement :