Ce cadre contient les commentaires qui auraient été faits de vive voix dans un déroulement normal du cours.
Donc, vous regardez les planches du cadre ci-dessous, et vous lisez les commentaires dans ce cadre (le No de la planche auquel correspond le commentaire est indiqué).
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Je serai présent dans ce salon le 05/05/20, 8h30--11h30. Et il restera ouvert après (mais je ne serai pas en permanence devant).
Planche 1 : L'énergie électrique est produite à un certain niveau de tension et avec une certaine fréquence (50Hz ou 0Hz pour le continu) ; transportée à un autre niveau de tension ; utilisée encore à un autre niveau.
Il est donc tout à fait nécessaire d'avoir quelques idées générales sur la façon dont sont faites ces transformations.
La leçon formelle est relativement brève parce qu'elle se limite à une sorte de catalogue de représentations.
Par contre la séance d'exercices qui demande la maîtrise de la manipulation de ces représentations est plus longue.
Planche 2 : Le tableau décompose les formes de l'électricité en trois groupes.
Il y a le courant continu DC (Direct Current), ce qui signifie que les tension et courant ne dépendent pas du temps. Ou encore, si on veut, qu'ils en dépendent sinusoïdalement mais avec une fréquence nulle.
Il y a le courant alternatif AC (Alternative Current) dont on ne précise en général pas la fréquence puisqu'elle est de 50Hz ici et de 60Hz dans certains ailleurs. La tension et le courant sont sinusoïdaux à la fréquence dite.
Et il y a le courant sinusoïdal de fréquence différente.
En 1ier approximation, on ne s'intéresse pas aux détails de l'établissement de ces modes de fonctionnement des dispositifs électriques, c'est à dire aux régimes transitoires. Mais bien entendu les spécialistes de la conversion d'énergie prêtent une grande attention à ces détails.
Toutefois, on ne reconnaît un aspect particulier comme détail que dans le cadre de grandes lignes préalablement définies. Ce sont ces grandes lignes que la leçon a pour ambition de tracer.
Le tableau donne donc des noms pour les dispositifs qui assurent la conversion entre les trois formes d'électricité pré-citées. Et nous allons entrer plus avant dans les choses que ces noms désignent.
Planche 3 : Tout d'abord le transformateur monophasé.
Matériellement, il se présente sous la forme de bobines couplées, comme celle de l'exercice 3 de la leçon 1. Nous n'avons pas eu le temps de traiter cet exercice, mais si nous l'avions fait nous nous serions rendu compte qu'il conduit à des calculs sordides !
Et c'est la raison essentielle pour laquelle le transformateur monophasé est représenté par le circuit du schéma de la figure plutôt que par celui des bobines couplées.
On notera qu'un élément nouveau est introduit : le transformateur idéal du schéma en bas de la planche. Les deux points indique que les tortillons ne figurent plus des inductances couplées mais un transformateur idéal ; 'm' est le rapport de transformation (et pas l'indutance mutuelle).
Fonctionnellement, ce transformateur idéal multiplie par 'm' la tension et conjointement divise par 'm' le courant. Cela de manière que la puissance amont (soit 'V1 I1-étoile) soit identique à la puissance avale ('V1 I2-étoile).
Comme on ne sait pas construire de transformateur idéal, on introduit les élément du schéma du dessus pour représenter le transformateur réel.
Ce schéma de tranformateur n'est pas le seul qui puisse représenter un transformateur réel mais c'est la représentation la plus commode pour l'utilisateur d'un transformateur. Comme on le verra dans l'exercice No 1.
Planche 4 : Ensuite le transformateur triphasé
De la même façon que les bobines couplées triphasée se ramenaient à des bobines couplées monophasée équivalente, le transformateur triphasé se ramène à un transformateur monophasé.
Mais les détails de cette transformation sont assez sordides, aussi a-t'on choisi dans la leçon de se restreindre au cas des transformateurs idéaux.
On représente le tranformateur triphasé comme sur le schéma de la planche. Mais peut-être le dessin ci-dessous sera-t'il plus explicite
Et on peut dire la même chose des courants qui eux sont en rapport '1/m0' (de manière que les puissances amont et aval soient identiques).
La relation du bas de la page, qui est formellement exacte, servira lorsque des connexions (on les appelle couplage) seront faites sur le transformateur.
Planche 5 : Les couplages
On peut coupler en étoile-étoile. Ce qui correspond au schéma indiqué.
Dans ce cas les tensions 'VA', 'VB' et 'VC' sont les tensions entre phases et neutre, les phases étant les fils d'amenée de courant au primaire (à gauche). Et 'Va', 'Vb' et 'Vb' sont les tensions entre phases et neutre, les phases étant les fils transportant le courant vers une charge (à droite).
Et le rapport de transformation opère simplement.
On peut aussi coupler en triangle-étoile (triangle pour le primaire, étoile pour le secondaire).
Dans ce cas, on a tout intérêt à considérer les rapports des tensions entre les phases (M Dufour a introduit les noms usuels de ces tensions) comme 'Up' entre les deux 1ière phases au primaire et 'Us' entre les deux premières phases au secondaire.
Le calcul mené à droite du schéma s'explique ainsi : 'Up=VA' car, quelle que soit la connexion des phases, on a bien 'VA' comme tension aux bornes de la première phase ; 'Us = Va - Va' pour des raisons connexes ; 'm = Us/Up' est le point délicat !
Si on ne regarde le transformateur déjà connecté au primaire et au secondaire que de l'extérieur, on voit trois fils au primaire et trois fils au secondaire, comme cela
Mais dans le cas d'une connexion triangle au primaire et étoile au secondaire, on a « VA' = VA - VB » et « Va' = Va » avec toujours « Va = m0 VA » et « Vb = m0 Vb » ; ce qui ne permet pas d'exprimer directement le rapport « m = Va' / VA' » en fonction de 'm0'...
Pour prendre la question à bras le corps, on peut commencer par faire
Après, il suffit d'exprimer 'VA' en fonction de 'Vp' et 'Va' en fonction de 'Vs' dans la relation 'VA = m0 Va' pour trouver le rapport de transformation.
On a 'VA = Vp - a^2 Vp = (1-a^2) Vp' et 'Va = Vs' d'où 'Vs = (1-a^2) m0 Vp'.
Sur la planche, on a procédé autrement. On a utilisé les tensions entre phases dont les rapports entre primaire et secondaire sont comme les tensions entre une phase et le neutre ; conformément à la formule du bas de la planche précédente.
Mais quelle que soit la façon de faire on retrouve le même résultat.
Planche 6 : Les conversions électroniques s'obtiennent en introduisant deux composants supplémentaires dans la liste des composants de circuit.
La diode, qui est un composant passif mais on dit plutôt autonome.
L'interrupteur commandé qui lui serait plutôt actif quoiqu'on le qualifie plutôt de commandé.
L'interrupteur commandé l'est pas un circuit électronique annexe au circuit électrique ; qui comporte des capteurs sur ce circuit et une logique de commande (analogique mais nowaday rather numeric) dont la définition correspond à la fonction qu'on veut lui voir assurer.
Ceci sera plus clair sur les exercices qui justement donnent la topologie des convertisseurs de base.
Exercices : :
Faites déjà le No1 du polycopié. C'est un exercice classique qu'il convient de bien savoir faire. Comme l'exercice 1 de la leçon 1
Ensuite passez à l'exercice 2. Faites des dessins !
Le No 3. Il y a une solution ci-dessous mais ne commencez pas par la regarder. Demandez vous avant pendant au moins quelques minutes comment vous pourriez vous débrouiller avec ces diodes.
Pour l'exercice 4, il y a des choses dire que je dirai en séance.
Idem pour le 5.