|
Se l'imposer à soi-même, c'est force
supe'rieure."
c'est sagesse supe'rieure. Imposer sa volonte' aux autres, c'est
force. "Connaître les autres, c'est sagesse. Se connaître
soi-même,
Lao-tseu
Remerciements
Yacinthe Faye;
A mes parents qui ont fait de moi ce que je suis;
Mes s1/2urs en particulier Ami;
Ainsi qu'à Mbaye Cissé;
Toute ma famille dans l'ensemble; Tonton Mbacké et
famille;
Alioune Dafonou pour sa présence sa faille;
Demba Seck Directeur des ressources humaines à la
SENELEC
Mon frére, mon ami, mon binôme Abdoul Aziz Fall;
Ainsi qu'à son collègue Mr Diagne Aïssatou
Diallo et famille;
Mon professeur encadreur Mr Samba Gueye
Pape War Gueye Directeur de sérvice à la SENELEC
Pape Demba responsable à la DAU Babacar Diallo et
Moustapha Diallo Rahim Niang ingénieur mécanicien aux ICS
Mr Abou Tall professeur au CFPT S/J Mr Kébé
professeur au CFPT S/J
Mr Diagne Directeur d'Inter Technique
Ainsi que tout le personnel en particulier Marie Louise
Mes professeurs
Diadji, Badara et Ousseynou
Mes compagnons et amis Thiérno Faye, Ibrahima Kane,
Boïlil Sy, Baye Mor Et mon père Cheikh Abba Fall
Ma deuxième Famille Fall en particulier ma mère
à moi Maïmouna Beye
Ainsi qu'à toute personne qui a contribué de
près ou de loin à ce travail.
Ma promotion en particulier Cheikh Tidiane Diouf
Djibril Sagna
Tout le personnel de la CGE Serigne Abib Gaye
Serigne Abdou Razakh
Table des matières
Avant propos 11
Introduction 12
1.1 Le champ magnétique 15 1.2 Notion de tension16 1.3
Définitions : volts, ampère,watt et ohm 17
I Aspects théoriques de la tension électrique 14
1 Définition de la tension électrique
1.3.2 La tension 17 1.3.1 Le courant 17 1.3.3 La
résistance 17
15
1.8 La puissance électrique21 1.4 Les notions de
puissanceetd'énergie:Kilowatt ou kilowattheure18 1.5 Le courant
alternatif 18 1.6 Les tensions : triphasées et monophasées (phase
(s), neutre) 19 1.7 Transfert et transformation d'énergie dans un
circuit électrique20
1.8.1 Relation entrepuissancetensionetintensité 22 1.8.2
Généralisation 22 1.8.3 Tension
auxbornesd'élémentsplacesenparallèle 22 1.8.6 Cas pratique
: exemple de la senelec 35 1.8.5 Aspects techniques et pratiques de latension
24
1.8.4
Classificationdesréseauxélectriqueetlestensionsnor-
malisées 23
2.1 Définition de la régulaton 53
2.1.1 Qualité de l'énergie électrique
53
2 La régulation
53
2.1.2 Contexte 532.1.5 Surtensions temporaires ou
transitoires-dé~nition 56
2.2 Pourquoi réguler la tensionélectrique 61
2.1.6 Fluctuation lente de la tension (Flicker)-dé~nition
56
2.1.4 Creux de tension et coupures : dé~nition 55 2.1.8
Harmoniques et interharmoniques:dé~nitions 58 2.1.3 Qualité de
l'énergie électrique : critères et dé~nitions 54
2.2.2 Ligne résistive62 2.2.3 Ligne inductive
63 2.2.5 Ligne inductive reliant deux réseaux 65 2.2.6
Récapitulation de la puissancetransportée 69 2.2.7 Choix de la
tension de ligne 69 2.2.1 Variation de
tensionetpuissancemaximaletransportable 61 2.1.7 Déséquilibre du
systèmetriphasédetensions-dé~nition 57 2.2.4 Ligne
inductive avec compensation 64
3 Les techniques de régulation
3.2 Autres moyens de réglage delatensionBT 81 3.1 Le
réglage de la tension 74
3.1.2 Cas réels : influence desrésistances 77
3.1.1 Cas théorique : sans lesrésistances 76
3.1.3 Comment éviter les surtensionsduesaucondensateurs79
74
3.2.1 Régulateur statique 81 3.2.2 Autotransformateur
variable 81
II Applications dans l'industrie 83
4 Machines à courantcontinu
4.4 Couple électromagnétique 85 4.5
Fonctionnement en moteurdelamachineàcourantcontinu 86 4.6 Fonctionnement
de la machineàcourantcontinuengénératrice 90 4.3 La force
électromotrice (f.e.m.)E 84 4.1 Généralités 84
4.2 Modèle électrique d'une machineàcourantcontinu 84
4.5.1 Le moteur à excitationindépendante 86 4.5.3 Quelques
considérationspourlemoteuràcourantcontinu 89 4.5.2 Le moteur
à excitationsérie 87
84
4.7 Exercices d'application 91
5 les machines à courantalternatifs:exempledesmoteurs
asyncrones
5.1 Classification des moteursacourantalternatif 94
5.3 Construction 96 5.4 Les moteurs à cage 98 5.5 Les
moteurs a rotor bobiné 98 5.6 Principe de fonctionnement 99 5.2
Principe de fonctionnementdesmoteursasynchronetriphasé 95
5.3.2 Le Rotor96 5.3.1 Le Stator 96
94
5.8 Caractéristiques des moteurs asynchrones 102
5.7 Représentation schématique 101
5.9 Bilan des puissances103 5.10 Démarrage d'un moteur
asynchrone 104
5.8.1 Fonctionnement à vide 102
5.8.4 Résumé des caractéristiques 103
5.8.3 Caractéristique mécaniqueTu
5.8.2 Fonctionnement en charge 102
= f(n) 102
5.11 Puissance d'un moteur asynchrone 107
5.10.1
Organisatgénéraleraledéquipementmentdedémarrage104
5.11.2
pertes par effet joule au stator:Pjs 108 5.11.3 Perte
feraustator:Pfr 108 5.11.4 Puissancetransmise:Ptr 108
5.11.5 Momentducoupleélectromagnétique:Tem 108
5.11.6 Puissancemécaniquetotale:PM 108
5.11.1 Puissance électrique absorbée:Pa
107
5.10.2 Démarrage direct 105 5.10.3 Démarrage
étoile - triangle 106
5.11.7 Pertes
pareffetjouleetpertesdansleferaurotor:Pjr
5.11.16 Complément:caractéristiquesT
5.11.14Utilisationdumoteurasynchrone 111 5.11.15Réversibilité
111 5.11.11 Bilan des puissances à vide 109 5.11.12 Point
defonctionnementdumoteurencharge 110 5.11.13 Moteur
asynchronemonophasé 110 5.11.9 Pertes collectives : Pc109
5.11.10 Puissance utile : Pu109 5.11.8 pertes mécaniques :
Pm 109 charges 111 et Pfr 109 = f(n)dequelques
5.11.17avantages des moteurs asynchrones 112
5.11.18 Inconvénient des moteurs asynchrones 113
6 Les transformateurs
6.1 Intérêt 114 6.2 Constitution 114 6.3 Grandeurs
caractéristiquesd'untransformateurtriphasé 117
6.2.1 Equations électriques 115
114
6.5 Marche en parallèle des
transformateurstriphasés 121 6.4 Couplage du transformateur 118
6.5.1 Principe121 6.4.1 Principe 118 6.4.2
Couplagesnormalisés 119
6.3.3 Indice horaire 117 6.3.1 Fonctionnementnominal 117 6.3.2
Rapport de transformation 117
6.4.3
Déterminationdel'indicehoraire(méthodedesélectri-
6.6 Transformateurs spéciaux 123
6.6.2 Transformateurs de mesures 124
6.5.2 Conditions de couplageenparallèle 122 6.5.3
Groupes d'indices horaires 122 6.6.1 Autotransformateur 123
ciens) 121
Conclusion 126
Annexes 127
Liste des tableaux
1.1 Nomenclature en fonction de la tension efficace 23
1.2 Tensions normalisées des réseaux
électriques en courant alternatif 23
5.2 Couplage des bobines d'un moteur en fonction du réseau
107
5.1 Nombre de pôles en fonction de n8 96
6.1 Nombre de pôles en fonction de n8 123
Table des figures
1.3 Tension triphasée :Haute tension &
tension220Vavecterre 20
1.2 Tension triphasée19
1.6 Comparaison d'après les données fabricants
entre unebarrièreSchottky
1.5 Comparaison alimentation haut de gamme et basdegamme 32
1.9 Répartition de la puissance installée 37
1.10 Réseau de distribution 37
1.7 Répartition de puissance selon les
équipements.36 1.8 Puissance installée par type de centraleenZDD4
36 1.11 Longueur des lignesMT 38 1.12 Puissance des
différentessousstations 38 1.13 Les postes MT/BT 39 1.4 Cas de
différence de phase possible 28 1.1 La différence de potentiel
16
issue d'une Seasonic S12 et d'une LC Power 550 W 34
1.16 Contribution du réseau interconnecté 42 1.17
Production, disponibilité etrendementduRIen2004 43 1.18 Production,
disponibilité etrendementduRNIen2004 43 1.20 Evolution du prix des FO
entre 2003 et 2004 45 1.21 Evolution des prix du DO entre2003et2004 46 1.22
Evolution des prix des autres combustibles(Kérozéneetgaz)en2004
46 1.25 Disponibilité et rendement du parcen2004. 48 1.26 Energie
distribuée par source 49 1.27 Energie distribuée par source en
2004 50
1.14 Répartition de la production 41
1.15 Courbes de
chargesdesjournéescaractéristiquesduréseauinter-
1.19 La disponibilité du RNI 44
connecté en 2004 42
1.23 Coût du combustible/réseau enMilliardsdeFcfa
47
1.24 Poids des dépenses de
combustiblesparréseauen2004 47
1.29 Evolution des interruptions de services par nature de la
cause. 52
1.28 Répartition des incidents par niveau tension pour
Dakar et les régions. 51
1.30 Evolution de l'END par nature de la cause. 52
2.2 Fluctuation 57
2.1 Creux de tension 55
2.3 Déséquilibredetension 58
2.5
Caractéristiquesd'unechargerésistivealimentéeparuneligneré-
2.4 Représentationd'uneondedéformée 59
2.8 Ligne inductive reliant deux grandsréseaux 67
2.6
Caractéristiquesd'unechargerésistivealimentéeparunelignein-
2.7
Caractéristiques
d'unechargerésistivealimentéparunelignein-
sistive 62
2.9 Caractéristiques d'une ligne
reliantdeuxgrandsréseaux. 68
ductive compensée 66 ductive 64
2.12 Régulation d'une charge résistive 72
2.10 Puissance d'une ligne inductive compensée 69
2.11 Comparaison des courbes de
régulationenfonctiondelapuissance
active transportée par la charge. 70
tion d'énergie réactive 75
3.1 Transformateur
débitantsurunchargeinductiveaveccompensa-
3.2 Analyseur depuissanceetd'énergieélectrique 76
3.3 VariationsdeU2enfonctiondeQ(résistancesduréseauincluses) 78
3.4 VariationsdeU2enfonctiondeQ(résistancesduréseauincluses) 79
3.5 Variateur etrégleurdetensionenarmoire 80
3.6 Réglage
delatensionBTparlesprisesàvidesdutransformateur
HTA/BT 82
4.1 Modèle électrique d'une machine à
courant continu 85 4.2 Modèle électrique du moteur à
excitation indépendante 86 4.3 Modèle électrique du
moteur à excitation série 88 4.4 Caractéristiques d'un
moteur à courant continu 904.5 Modèle de la MCC en
génératrice 90
5.1 Modèle du rotor en cageenécureuil 97 5.2
Modèle du rotor bobiné 97 5.5 Le champ magnétique
résultant en diphasé.101 5.3 Sens de parcours du champ
magnétique généréeparlabobine 99 5.4
Représentation du courant en alternatif 100 5.6 le champ
magnétique résultant en triphasé.102 5.7 Principe de
fonction du moteur asynchrone. 103 5.8
Représentation schématique d'un moteur asynchrone. 104
5.9 Caractéristiques mécaniques d'un
moteurasynchrone.105 5.10 Bilan de répartition de la puissance
dansunmotasyncronesrone 106 5.12 Caractéristique de fonctionnement du
moteur en charge 110 5.13 Moteur asynchrone
monophasé.110 5.14 Courbes caractéristiques de différentes
charges.112 5.15 Courbes caractéristiques de différentes charges.
112
5.11 couplage des bobines en étoile triangle. 107
6.2 Bobines
dtransformateurteurmonophaséélémentaire. 115 6.3
Transformateur colonne. 116 6.4 Transformateur rapport de transformation 118
6.5 Couplage normalisés couplage étoile-étoile.119 6.6
Couplage normalisés couplagetriangle-étoile 120 6.7 Couplage
normalisés couplageétoile-zigzag.120 6.8 Transformateurs
couplés en parallèle.122 6.9 Couplage de transformateurs.123 6.1
Constitution d'un transformateur. 114
6.10 Représentation d'un autotransformateur.
124 6.11 Transformateur de mesures. 124
Avant propos
électriques et magnétiques et d'autre part , leurs
applications pratiques.
L'électrotechnique en tant que science, étudie
d'une part les phénomènes trices d'énergie
électrique. L'énergie électrique est produite au niveau
des centrales équipées d'alternateurs et de
génératrices. Elle est transformée aux des lignes de
réseau électrique et distribuée aux récepteurs.
sous-stations à l'aide d'appareils électriques
pour être ensuite transportée par
L'industrie énergétique moderne est
représentée par les usines producimportant secteur industriel.
Les machines outils et les mécanismes sont dans la plupart des cas
à commande électrique, c'est à dire qu'ils sont
entraînés par depuis longtemps des branches distinctes ont une
base théorique commune des moteurs électriques. La radiotechnique
et l'électronique qui constituent
La fabrication de machines électriques et de
transformateurs occupe un
dernière.
avec l'électrotechnique et se sont
développées comme des branches de cette
et électromagnétiques.
électroniques, de convertisseurs, de relais et d'autres
appareils électriques
souvent des systèmes d'automatismes
électriques équipés d'amplificateurs
Les systèmes de commande automatique et de
régulation sont le plus tion de phénomènes physiques. Les
principaux organes de ces machines sont plexes, résolvent des
problèmes logiques compliqués et permettent la simula-
fondamentales de champ électromagnétique, et permet de sortir du
cercle réalisés à partir des appareils et dispositifs
électriques, électromagnétiques et
électroniques.
Les calculatrices modernes et les ordinateurs effectuent des
calculs comélectrotechniques et radiotechniques implique la
considération des notions étroit de notions liées
uniquement aux circuits électriques et de mieux comprendre le sens
physique des phénomènes électriques et
magnétiques.
Cet emploi à l'échelle industrielle des divers
dispositifs et équipements
Introduction
commençait par frotter un morceau d'ambre (sorte de
résine fossile que les
métalliques) avec un morceau de
fourrure. On était alors capable d'attirer
Grecs nommaient elektron).
Puis on frottait des plumes d'oiseau (ou des fils
CertainsphénomènesélectriquesintriguèrentdéjàlesanciensGrecs.On
frottait énergiquement (électrostatique).
les plumes d'oiseau grâce à l'ambre
(expériences de Thalès, vers 600 av JC). Bien plus tard, au
xVI`eme siècle, le chercheur anglais Gilbert suggéra
d'appointe en métal, il le fit voler au cours d'un orage. Il apporta
alors la preuve peler "électricité" la cause de cette force
d'attraction. Il découvrit aussi que d'autres matériaux, comme le
verre, devenaient électriques lorsque on les simples pointes en fer
attachées en haut du bâtiment et reliées au sol par que les
nuages d'orage étaient électrisés, car le cerf-volant leur
prenait de l'électricité. En conséquence de quoi, on put
construire les paratonnerres (de
En 1752, Franklin réalisa sa célèbre
expérience du cerf-volant. Muni d'une
des fils conducteurs). En 1785 Charles Coulomb réussit
à mesurer précisé-
- positive ou négative - alors que les masses, elles,
ne sont jamais négatives). une énorme différence (les
charges électriques pouvaient être de deux natures
électrostatique ressemblait à la force gravitationnelle de Newton
mais avec
la distance entre les charges électriques responsables.
Il constata que la force ment les forces électrostatiques d'attraction
et de répulsion, en fonction de
trempé dans de l'eau salée). Après la
découverte du courant et de la pile, des solutions chimiques. Il en
déduisit que l'origine du courant électrique était
plutôt due à la jonction des deux métaux différents.
Il perfectionna
telle l'électrodynamique entre autres (Ampère, Ohm,
Joule, etc.).
continu grâce à du cuivre, de l'argent et du zinc
(séparés par du buvard les scientifiques étudièrent
de plus en plus les "mouvements de l'électricité", son
système qui devint la pile électrique. Une pile livrait un petit
courant
Par la suite, Volta expérimenta en combinant
différents métaux reliés par
teurs électriques. Auparavant, les piles ne livraient que
du courant continu
chers. Dès 1830, Faraday réussit à
produire du courant grâce au mouvement
et le prix de revient
était élevé à cause des composants chimiques, rares
et
moitié du XIXme siècle, fut rendue possible grâce
à l'invention des généra-
L'utilisation à grande
échelle du courant électrique, à partir de la
deuxième
namo).
mécanique d'un conducteur métallique entre les
bras de fer d'un aimant (dytrielle d'électricité, à bas
prix et en grande quantité, devint possible. Depuis prendre comment ces
phénomènes étaient possibles. La production indus-
alimentations a connu un développement fulgurant à partir du
XX`eme siècle. l'homme n'a cessé de mener des recherches dans ce
domaine aboutissant à l'avènement de l'électrotechnique
qui est une application de l'électricité dans
La théorie électromagnétique de Maxwell,
en 1860, permit enfin de coml'entreprise. L'électrotechnique ou
l'étude des machines électriques et de leurs veau des
installations industrielles afin d'avoir une tension constante quelque
triel.
grande puissance, ont été d'une importance
capitale dans le secteur indusglage de la vitesse des machines à courant
alternatif et à courant continu de
fait indispensable de faire son étude, c'est cela qui a
suscité d'ailleurs l'intérêt tension électrique au
niveau des installations industrielles.
de maintenir à tout prix dans l'industrie une tension
invariable il est tout à C'est dans ce cadre, qu'il est obligatoire de
réguler la tension électrique au ni-
En effet les évolutions les plus récentes en ce
domaine, notamment le ré- de ma réflexion sur ce thème de
mémoire portant sur : la régulation de la soit les aléas
du réseau électrique ou des dispositifs industriels. Vu la
nécessité trie en prenant l'exemple des machines à courant
continus, des machines à trique et de régulation, j'examinerai
ensuite, dans quelles conditions la né- les techniques de
régulation. Je terminerai sur ses applications dans
l'induscessité de réguler la tension électrique s'impose
à l'industrie, puis j'étudierai
Dans un premier temps je tenterai de définir les notions
de tension élec-
courant alternatifs tels que les moteurs asynchrones et les
transformateurs.
de la tension électrique au niveau des installations
industrielles.
sur le thème et je formulerai mon point de vue personnel
sur la régulation
En guise de conclusion, je donnerai une synthèse de
l'étude qui a été faite
Première partie
Aspects théoriques de la tension
électrique
Chapitre 1
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