Chaîne de puissance

La puissance ne se créée pas, ni ne se perd ; elle se transforme d’une forme à une autre à travers de convertisseurs.

Exemple

Eolienne

Moteur hydrogène

Panneau solaire

Eolienne

Moteur hydrogène

Panneau solaire

Pe : Mécanique ; vent

Ps : Electrique Convertisseur : Eolienne

Pe : Chimique ; hydrogène

Ps : Mécanique Convertisseur : Moteur

Pe : Rayonnante ; soleil

Ps : Electrique Convertisseur : Panneau solaire

Rendements et pertes

Les convertisseurs transforment donc une puissance d’entrée en une puissance utile. Une partie de la puissance est transformée en une partie non utile pour l’utilisateur. On parle alors de pertes. Le plus souvent ces pertes se dissipent sous forme thermique dans l’atmosphère ambiante on peut les appeler pertes pertes Joules.

On peut modéliser cela au moyen d'un diagramme des blocs internes partiel, comme ci-contre.

DéfinitionExpression du rendement

\[\eta=\frac{Ps}{Pe}\]

\[0\leqslant\eta\leqslant1\]

Ces pertes se font sous forme de chaleur ; dues principalement aux frottements mécaniques et à l’effet Joule.

  • Si on néglige toutes les pertes ; hypothèse souvent prise dans une première approche, le rendement est égale à 1

  • Un rendement de 0,8 pour un système signifie que 20% de la puissance est perdue dans ce système

Exemple

Moteur vélo

Réacteur nucléaire

Muscle

Moteur vélo électrique

Réacteur nucléaire

Coureur

Pe=300W

Ps=250W

Pertes=50W

\(\eta\)=83%

Pe=3GW

Ps=900MW

Pertes=2,1GWW

\(\eta\)=30%

Pe=500W

Ps=100W

Pertes=400W

\(\eta\)=20%

IBD vélo

IBD Réacteur

IBD Muscle

Chaîne de puissance

En pratique, plusieurs convertisseurs de puissance sont montés en série.

Exemple

Pour un skate électrique, l’électricité est stockée dans la batterie, distribuée par le régulateur de tension, transformée par le moteur électrique, transmise au sol par l’intermédiaire des roues.

Skate

La chaine de puissance se décrit ainsi, à l’aide d’un diagramme des blocs internes

IBD Skate

Puissances instantanées pour différentes technologies

Une puissance s’exprime toujours comme le produit de 2 grandeurs :

  • une grandeur « effort »

  • une grandeur « flux »

L’unité du système international de puissance est le watt (W), quelque-soit la nature de cette puissance. Cela permet de comparer aisément différentes situations, technologies …

Grandeur effort

Grandeur flux

Expression de P

Puissance mécanique

En translation

F : force en N

V : vitesse en m.s-1

P=F.V

Puissance mécanique

En rotation

C : couple (moment) en N.m ou Nm

\(\omega\) : vitesse angulaire en rad.s-1

P=C.\(\omega\)

Puissance électrique

U : tension en V

I : intensité en A

P=U.I

Puissance pneumatique ou hydraulique

Q : débit en m3.s-1

\(\Delta\)P différence de pression en Pa

P=Q.\(\Delta\)P