La puissance électrique

C’est quoi la puissance électrique ?

La puissance électrique est l’énergie échangée (reçu ou donnée) par un récepteur durant une seconde.

L’unité de la puissance électrique est le watt (joule/seconde) choisie à l’honneur du physicien James Watt et elle s’exprime avec la lettre P.

Comment on peut calculer la puissance électrique ?

En courant continu :

En courant continu, la puissance électrique absorbé Pa par un récepteur soumis sous une tension U et absorbe une intensité électrique I est égale au produit suivant :

Pa = U x I

avec Pa : La puissance électrique absorbé par le récepteur exprimée en watt

U : La tension électrique exprimée en volt

I : L’intensité électrique exprimé en ampère

Lorsque les électrons passent à travers un conducteur électrique, ils génèrent de la chaleur. En faite, on dit qu’il y a une transformation de l’énergie électrique en une énergie thermique (on l’utilise beaucoup pour chauffer comme dans le fer à souder ou le fer à repasser par exemple) c’est l’effet Joule.

Cette puissance est considéré, dans la plupart des systèmes, comme une puissance perdue mais il existe des systèmes ou on cherche de chauffer quelque chose ce qui nous oblige à considérer cette puissance comme une puissance utile.

On peut mesurer la puissance électrique dégagé en une puissance thermique par l’expression suivante :

Pj = R x I²

Avec Pj : La puissance électrique transformée en une puissance thermique exprimée en watt

R : La résistance électrique du conducteur exprimé en ohm Ω

I : L’intensité électrique exprimé en ampère

N.B : La puissance utile est la forme d’énergie qu’on cherche à la sortie d’un récepteur fournie par seconde.

Exemple : la puissance utile d’un moteur électrique est la puissance mécanique de rotation.

Rendement :

Le rendement d’un récepteur est le rapport entre la puissance utile et la puissance absorbé exprimé avec la lettre η. Puisque c’est un rapport entre deux puissances alors le rendement est sans unité.

η = Pu / Pa

avec η : la rendement du récepteur.

Pu : la puissance utile du récepteur en watt.

Pa : la puissance absorbé du récepteur en watt.

En régime sinusoïdale :

En régime sinusoïdale, le produit U x I ne présente la puissance réelle absorbé par le récepteur que si la tension et l’intensité sont en phase (déphasage est nul).

En effet si le déphasage est différent de 0, Pa < U x I .

En régime sinusoïdale, le produit U x I présente la puissance apparente S :

S = U x I

Avec S :La puissance apparente exprimée en VA (voltampère).

U : La tension électrique exprimée en volt.

I : L’intensité électrique exprimé en ampère.

Voici deux courbes celle en bleu est la courbe de tension électrique et celle en rouge est la courbe de l’intensité électrique, ils sont déphasé entre eux.

Sans titre-1

Dans les intervalles de temps en vert ou le produit U x I est négatif, le dipôle ne fonctionne pas comme un récepteur qui consomme de l’énergie électrique mais plutôt comme un générateur qui fournit de l’énergie électrique.

L’expérience a démontré que cos φ = Pa / (U x I) avec φ est le déphasage entre U et I.

Alors la puissance utile est égale à :

Pa = U x I x cos φ = S x cos φ

N.B : cos φ est appelé le facteur de puissance.

La puissance réactive :

S² = U² x I² = U² x I² x 1

S² = U² x I² x (cos² (φ) +sin² (φ))

S² = (U² x I² x cos²(φ) ) + (U² x I² x sin²(φ) ) = Pa² + (U² x I² x sin²(φ) )

Le terme (U² x I² x sin²(φ)) est égal à la puissance réactive au carré exprimé par la lettre Q dont l’unité est le VAR (voltampère réactive)

Alors

Q = U x I x sin (φ)

S² = Pa² + Q²

Puissance triphasé :

Quelque soit le type de montage (étoile ou triangle) on a :

  • Puissance apparente :S = 3 x U x I
  • Puissance active : Pa =√3 x U x I x cos(φ)
  • Puissance réactive : Q = √3x U x I x sin(φ)

Avec U est la puissance entre phase : U = √3 x V

I est l’intensité en ligne : I = √3  x J

  • Puissance dissipé par effet joule : Pj= (3/2) x r x I² avec ( r est la résistance mesuré entre bornes )

Rq : Si on connait la résistance R du récepteur alors Pj = 3 x R x I² en étoile et Pj = 3 x R x J² en triangle.

Attention, la puissance absorbé en étoile n’est pas la même que celle absorbé en triangle.

En effet :

I = 3 x Iétoile et P= 3 x Pétoile

avec I∆ : l’intensité en montage triangle

Iétoile : l’intensité en montage étoile

P∆ : la puissance en montage triangle

Pétoile : la puissance en montage étoile.

 

Est-ce qu’il y a une appareil qui mesure la puissance électrique ?

L’appareil qui sert à mesurer la puissance électrique est le wattmètre.

 

Un wattmetre numérique
Un wattmètre numérique

Comment monter le wattmètre pour qu’on puisse mesurer la puissance absorbé par le récepteur ?

Le wattmètre possède des bornes pour mesurer l’intensités, on doit les brancher en série avec le récepteur, et des bornes pour mesurer la tension, on doit les monter en parallèle avec le récepteur. Puis le wattmètre calcule la puissance électrique absorbé par le récepteur grâce à la formule suivant:

Si le wattmètre mesure une tension monophasé : P = U * I

Le montage est le suivant:

Branchement du wattmètre
Branchement du wattmètre

Si le wattmètre mesure une tension monophasé : P = 3 * U * I

Le montage est le suivant:

Branchement d'un wattmètre triphasé
Branchement d’un wattmètre triphasé

 

Si vous avez des questions S.V.P n’hésitez pas de les poser dans la zone des commentaires.

Électronique pour tous

Sellami Mohamed Ali

 

 

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