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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 :
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