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Montage de physique n°21 (agrégation 2011) :
Conversion de puissance électrique-électrique.

Transcription des notes manuscrites de préparation à l'agrégation. Les schémas et le détail des calculs sont dans le document original : télécharger le montage manuscrit (PDF, 2 pages).

Remarques du jury

Puissance, pas signal ; transformateur ; chaîne de conversion ; mesure de puissance et de rendement en régime nominal.

Transport de l'énergie électrique à haute tension

Plaquette de ligne HT : pertes \(ri^2 = \dfrac{rP^2}{U^2\cos^2\varphi}\). Transformateur élévateur (12 V → 120 V), ligne résistive, transformateur abaisseur (120 V → 12 V) : la lampe brille fort ; sans transformateurs, faible. \(i_{ligne} = \dfrac{i_{EDF}}{m_1}\) avec m₁ ≫ 1.

Étude d'un transformateur

Caractéristiques de charge

Source alternative, ampèremètre, wattmètre et voltmètre au primaire ; ampèremètre et voltmètre au secondaire sur charge R variable : mesure de A₁, V₁, P₁, A₂, V₂ ; calcul de P₂, V₂/V₁, i₁/i₂ comparés à n₂/n₁. Rendement \(\eta = P_2/P_1\) en fonction de i₂, régime nominal.

Pertes énergétiques en régime nominal

• Pertes fer : essai à vide (P₂ = 0, i₁ ≪ 1 et i₂ = 0 donc P_cuivre ≈ 0, U₁ grand, 220 V) : P₁ = P_fer ;
• pertes cuivre : essai en court-circuit (P₂ = 0, U₁ petit donc P_fer ≈ 0) : P₁ = P_cuivre.

On vérifie \(\eta = \dfrac{P_1 - P_{fer} - P_{cuivre}}{P_1}\).

Conversion alternatif-continu

Idée : à partir du 220 V alternatif, obtenir du continu 6 V et 5 A. Redressement double alternance par diodes (V_A) ; filtrage par condensateur (V_B), mesure du taux d'ondulation ; régulation par diode Zener (V_C = V_Z), R_p telle que la Zener ne soit pas détruite ; transistor de puissance (i_C ≫ i_B).

Cycle d'hystérésis

Si le temps le permet : alternostat, rhéostat r₀ (x = −r₀lH/n₁), intégrateur au secondaire (Y = n₂BS/RC) ; acquisition : pertes, puissance par unité de volume \(P = \dfrac{m_{fer}}{\rho_{fer}T_{cycle}}\oint B\,dH\) (voir le montage 16).

Bibliographie

• Quaranta, Dictionnaire de physique expérimentale, tome 4
• H-Prépa, Électronique 2 PSI
• Bellier, Montages de physique CAPES
• Duffait