1. Les grandeurs électriques et mécaniques
Un peu de vélo ...
Électricité 2 — Électrotechnique
Christophe Palermo
IUT de Montpellier
Département Mesures Physiques
Web : http://palermo.wordpress.com
e-mail : cpalermo@um2.fr
Année Universitaire 2010–2011
MONTPELLIER

2. Plan
1 Puissance électrique
2 Grandeurs mécaniques
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 2/8

3. Plan
1 Puissance électrique
2 Grandeurs mécaniques
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 3/8

4. La puissance électrique
Grandeurs électriques :
Tension U
Courant I
Facteur de puissance en alternatif cos ϕ
Puissance électrique
La puissance électrique est proportionnelle au produit U · I (au facteur de
puissance près en alternatif)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 4/8

5. Plan
1 Puissance électrique
2 Grandeurs mécaniques
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 5/8

6. Notion de couple
On sait ce qu’est une vitesse, mais qu’est-ce qu’un couple ?
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 6/8

7. Notion de couple
On sait ce qu’est une vitesse, mais qu’est-ce qu’un couple ?
→
−
Appliquons F en P, à → de l’axe
−
r
Le disque tourne autour de l’axe P r O
Un couple (moment) est appliqué au
disque F
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 6/8

8. Notion de couple
On sait ce qu’est une vitesse, mais qu’est-ce qu’un couple ?
→
−
Appliquons F en P, à → de l’axe
−
r
Le disque tourne autour de l’axe P r O
Un couple (moment) est appliqué au
disque F
Couple ⇐⇒ Mouvement de rotation :
→
−
Moment avec → ⊥ F
−
r
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 6/8

9. Notion de couple
On sait ce qu’est une vitesse, mais qu’est-ce qu’un couple ?
→
−
Appliquons F en P, à → de l’axe
−
r
Le disque tourne autour de l’axe P r O
Un couple (moment) est appliqué au
disque F
Couple ⇐⇒ Mouvement de rotation :
→
−
Moment avec → ⊥ F
−
r
Couple
Lors de la rotation autour d’un axe fixe, le couple T est le produit de la
distance r à l’axe par l’intensité de la force agissante F :
T = rF
S’exprime en N.m
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 6/8

10. La puissance mécanique est donnée par le couple multiplié par la
vitesse angulaire :
P = TΩ
Couple :
Force × distance
Se ressent dans les jambes du cycliste
Est déployé par la roue sur le sol =⇒ création d’une force
Transmission : puissance aux pédales = puissance dans la roue
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 7/8

11. Augmenter la puissance
Dans une côte, pour maintenir la vitesse du vélo : plus de puissance
2 solutions :
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 8/8

12. Augmenter la puissance
Dans une côte, pour maintenir la vitesse du vélo : plus de puissance
2 solutions :
Grand plateau – petit pignon
Pour le cycliste :
Grand couple, petite vitesse angulaire
5ème
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 8/8

13. Augmenter la puissance
Dans une côte, pour maintenir la vitesse du vélo : plus de puissance
2 solutions :
Grand plateau – petit pignon Petit plateau – grand pignon
Pour le cycliste : Pour le cycliste :
Grand couple, petite vitesse angulaire Petit couple, grande vitesse angulaire
5ème 1ère
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Grandeurs électriques et mécaniques 2010–2011 8/8

14. Les machines électriques
Électricité 2 — Électrotechnique
Christophe Palermo
IUT de Montpellier
Département Mesures Physiques
&
Institut d’Electronique du Sud
Université Montpellier 2
Web : http://palermo.wordpress.com
e-mail : cpalermo@um2.fr
Année Universitaire 2010–2011
MONTPELLIER

15. Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 2 / 29

16. Les machines électriques tournantes
Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 3 / 29

17. Les machines électriques tournantes Présentation
Définition
Dispositif électro-mécanique
Énergie électrique −→ Énergie mécanique
Moteur
Énergie mécanique −→ Énergie électrique
Génératrice
Une seule et même machine : conversion dans les deux sens
Réversibilité
Les machines électriques tournantes peuvent fonctionner en moteurs et
en génératrices : elles sont dites réversibles.
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 4 / 29

18. Les machines électriques tournantes Présentation
Types de machines électriques tournantes
Une machine électrique tournante peut fonctionner avec :
du courant continu
Machine à courant continu
Moteur à courant continu
Dynamo (génératrice à courant continu)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 5 / 29

19. Les machines électriques tournantes Présentation
Types de machines électriques tournantes
Une machine électrique tournante peut fonctionner avec :
du courant continu
Machine à courant continu
Moteur à courant continu
Dynamo (génératrice à courant continu)
du courant alternatif, monophasé ou triphasé
Machine synchrone
Moteur synchrone
Alternateur synchrone
Machine asynchrone
Moteur asynchrone
Génératrice hypersynchrone
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 5 / 29

20. Les machines électriques tournantes Présentation
Types de machines électriques tournantes
Une machine électrique tournante peut fonctionner avec :
du courant continu
Machine à courant continu
Moteur à courant continu
Dynamo (génératrice à courant continu)
du courant alternatif, monophasé ou triphasé
Machine synchrone
Moteur synchrone
Alternateur synchrone
Machine asynchrone
Moteur asynchrone
Génératrice hypersynchrone
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 5 / 29

21. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
Les lois de l’électromagnétisme
Les machines électriques tournantes fonctionnent grâce à :
La loi d’Ampère (ou de Biot et Savart)
La loi de Laplace
La loi de Faraday
La loi de Lenz
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 6 / 29

22. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
Les lois de l’électromagnétisme
Les machines électriques tournantes fonctionnent grâce à :
La loi d’Ampère (ou de Biot et Savart)
La loi de Laplace
La loi de Faraday
La loi de Lenz
PAS DE PANIQUE !
Dans ce cours : pas de calcul de champs magnétiques =⇒ Phénomènes
physiques et leurs conséquences
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 6 / 29

23. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi d’Ampère (ou de Biot et Savart)
Énoncé
→
−
Courant dans un conducteur =⇒ Champ d’induction magnétique B
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 7 / 29

24. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi d’Ampère (ou de Biot et Savart)
Énoncé
→
−
Courant dans un conducteur =⇒ Champ d’induction magnétique B
En tout point de l’espace (mais décroit en 1/r 2 )
Courant et champ de même nature
→
−
Courant continu =⇒ B continu
→
−
Courant alternatif =⇒ B alternatif
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 7 / 29

25. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi d’Ampère (ou de Biot et Savart)
Énoncé
→
−
Courant dans un conducteur =⇒ Champ d’induction magnétique B
En tout point de l’espace (mais décroit en 1/r 2 )
Courant et champ de même nature
→
−
Courant continu =⇒ B continu
→
−
Courant alternatif =⇒ B alternatif
Utilité
On peut créer des champs magnétiques avec du courant
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 7 / 29

26. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Laplace
Énoncé
Un conducteur parcouru par un courant
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 8 / 29

27. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Laplace
Énoncé
Un conducteur parcouru par un courant et plongé dans un champ
magnétique
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 8 / 29

28. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Laplace
Énoncé
Un conducteur parcouru par un courant et plongé dans un champ
magnétique subit une force mécanique appelée force de Laplace
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 8 / 29

29. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Laplace
Énoncé
Un conducteur parcouru par un courant et plongé dans un champ
magnétique subit une force mécanique appelée force de Laplace
Conducteur libre −→ mouvement
Technologie −→ contrôle du mouvement
Utilité
On peut faire bouger des circuits avec des champs magnétiques
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 8 / 29

30. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Faraday
Énoncé
La force électromotrice e induite dans un circuit sous l’effet d’un champ
magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique φ.
Qu’est-ce que cela veut dire ?
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 9 / 29

31. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Faraday
Énoncé
La force électromotrice e induite dans un circuit sous l’effet d’un champ
magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique φ.
→
−
dφ B variable induit e variable
e=− =⇒ →
−
dt B continu n’induit pas de f.é.m
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 9 / 29

32. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Faraday
Énoncé
La force électromotrice e induite dans un circuit sous l’effet d’un champ
magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique φ.
→
−
dφ B variable induit e variable
e=− =⇒ →
−
dt B continu n’induit pas de f.é.m
Circuit fermé =⇒ naissance d’un courant
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 9 / 29

33. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Faraday
Énoncé
La force électromotrice e induite dans un circuit sous l’effet d’un champ
magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique φ.
→
−
dφ B variable induit e variable
e=− =⇒ →
−
dt B continu n’induit pas de f.é.m
Circuit fermé =⇒ naissance d’un courant
Utilité
On peut induire des tensions et des courants (puissance électrique) à l’aide
d’un champ magnétique variable
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 9 / 29

34. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Lenz
Énoncé
Le sens du courant induit est tel que, par ses effets électromagnétiques, il
s’oppose toujours à la cause qui lui a donné naissance
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 10 / 29

35. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Lenz
Énoncé
Le sens du courant induit est tel que, par ses effets électromagnétiques, il
s’oppose toujours à la cause qui lui a donné naissance
Utilité
Décrit la conservation de l’énergie et permet d’établir les sens des tensions
et des courants induits
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 10 / 29

36. Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnement
La loi de Lenz
Énoncé
Le sens du courant induit est tel que, par ses effets électromagnétiques, il
s’oppose toujours à la cause qui lui a donné naissance
Utilité
Décrit la conservation de l’énergie et permet d’établir les sens des tensions
et des courants induits
Rappel : convention générateur =⇒ e et I dans le même sens
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 10 / 29

37. Description d’une machine électrique tournante
Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 11 / 29

38. Description d’une machine électrique tournante Point de vue mécanique
Éléments mécaniques
stator
arbre de transmission
rotor
entrefer
Stator : partie fixe, statique
Rotor : élément entrant en rotation
Le rotor est lié à l’arbre de transmission
Stator et rotor séparés par l’entrefer
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 12 / 29

39. Description d’une machine électrique tournante Point de vue électrique
Éléments électriques
Deux circuits électriques, portés par le rotor et le stator :
L’inducteur :
Créé le champ magnétique
Permet le transfert d’énergie rotor ⇐⇒ stator
Courant i
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 13 / 29

40. Description d’une machine électrique tournante Point de vue électrique
Éléments électriques
Deux circuits électriques, portés par le rotor et le stator :
L’inducteur :
Créé le champ magnétique
Permet le transfert d’énergie rotor ⇐⇒ stator
Courant i
L’induit :
Siège de l’induction électromagnétique
Expression des phénomènes physiques
Création des nouvelles grandeurs (couple ou f.é.m + courant)
Courant I
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 13 / 29

41. Description d’une machine électrique tournante Point de vue électrique
Rôles des éléments
Les rôles dépendent de la machine
Selon la machine :
stator = inducteur ou induit !
rotor = inducteur ou induit !
Pour une machine donnée :
inducteur du moteur = inducteur de la génératrice
induit du moteur = induit de la génératrice
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 14 / 29

42. Le parc de machines électriques
Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 15 / 29

43. Le parc de machines électriques Exemple de la traction
Trains
3 types de machines utilisées :
Machine à courant continu
Machine synchrone
Rotor tourne à la même vitesse que le champ inducteur
Machine asynchrone
Vitesse du rotor = vitesse du champ inducteur
Choix
Dépend des progrès techniques
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 16 / 29

44. Le parc de machines électriques Exemple de la traction
Les différents moteurs
Compromis : coût et difficulté de la commande
Moteur
à courant continu Moteur
synchrone
Moteur
asynchrone
de fabrication
et d'entretien
coût
de la commande
difficulté
Tension et courant
connexion directe possible
Fréquence et courant
TGV Sud-Est (orange), Fréquence
Toyota Prius
trains corails, etc. TGV TMST (Eurostar)
TGV Atlantique
Grandes machines industrielles Ventilateurs
Lave-linge
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 17 / 29

45. Le parc de machines électriques Exemple de la traction
Les différents moteurs
Compromis : coût et difficulté de la commande
Moteur
à courant continu Moteur
synchrone
Moteur
asynchrone
de fabrication
et d'entretien
coût
de la commande
difficulté
Tension et courant
connexion directe possible
Fréquence et courant
TGV Sud-Est (orange), Fréquence
Toyota Prius
trains corails, etc. TGV TMST (Eurostar)
TGV Atlantique
Grandes machines industrielles Ventilateurs
Lave-linge
Même chose dans d’autres domaines
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 17 / 29

46. Le parc de machines électriques Robustesse des moteurs
Robustesse
Question pertinente
Quelle est l’utilité d’apprendre le fonctionnement d’une autre machine que
la machine asynchrone ?
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 18 / 29

47. Le parc de machines électriques Robustesse des moteurs
Robustesse
Question pertinente
Quelle est l’utilité d’apprendre le fonctionnement d’une autre machine que
la machine asynchrone ?
1 Machines robustes
Solides et fiables
Durent dans le temps
Présentes longtemps dans le parc
2 Certains moteurs ne sont pas adaptés à certaines applications :
Absurde d’utiliser un moteur synchrone dans un aspirateur
Absurde d’utiliser une machine asynchrone comme alternateur
d’automobile
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 18 / 29

48. Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 19 / 29

49. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Le choix d’un moteur
Le choix d’un moteur
Utilisation sédentaire :
Bâtiments alimentés en électricité ;
Moteur thermique : faire le plein !
Choix du moteur électrique évident
Utilisation embarquée (automobile) :
Stockage de l’énergie = problème ;
Recharge plus lente que le plein de carburant ;
Choix du moteur thermique plus simple
Train : cas particulier
Caténaire
Pas de stockage
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 20 / 29

50. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Le choix d’un moteur
Intérêt de l’électrique pour les automobiles
Moteur électrique : grands intérêts pour l’automobile
Rendements élevés
Énergie “propre”
Qualités mécanique :
Fonctionnement basse vitesse
Couple important (reprise)
Indépendance énergétique
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 21 / 29

51. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le rendement η
Cas d’un moteur de véhicule :
Meilleurs moteurs diesel : moins de 50 % (typiquement 30 – 40 %)
Meilleurs moteurs essence : moins de 30 % (typiquement 25 %)
Moteurs électriques : plus de 90 % (toute technologie confondue)
Avantage à l’électrique
Le rendement du moteur électrique est nettement plus grand que celui du
moteur thermique
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 22 / 29

52. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le rendement η : Electrique 1 — Thermique 0
Cas d’un moteur de véhicule :
Meilleurs moteurs diesel : moins de 50 % (typiquement 30 – 40 %)
Meilleurs moteurs essence : moins de 30 % (typiquement 25 %)
Moteurs électriques : plus de 90 % (toute technologie confondue)
Avantage à l’électrique
Le rendement du moteur électrique est nettement plus grand que celui du
moteur thermique
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 22 / 29

53. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

54. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

55. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

56. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

57. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
par un lave-linge pendant trois heures
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

58. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
par un lave-linge pendant trois heures
par un ordinateur pendant une journée
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

59. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
par un lave-linge pendant trois heures
par un ordinateur pendant une journée
par une ampoule classique pendant une semaine
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

60. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
par un lave-linge pendant trois heures
par un ordinateur pendant une journée
par une ampoule classique pendant une semaine
par une ampoule économique pendant un mois
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

61. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La densité d’énergie : Electrique 1 — Thermique 1
Question
Quelle énergie est contenue dans un litre d’essence, et dans un
accumulateur d’un litre ?
1 L de diesel ou d’essence : 36 000 kJ/L = 10 kWh/L
Une batterie de 1 L : 0,1 à 1 kWh/L (grand maximum !)
10 kWh = énergie énorme = énergie consommée
par un lave-linge pendant trois heures
par un ordinateur pendant une journée
par une ampoule classique pendant une semaine
par une ampoule économique pendant un mois
Avantage au thermique
Les batteries prennent beaucoup de place
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 23 / 29

62. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le couple moteur
Pour un moteur d’environ 100 ch (1 ch = 736 W)
Couple moteur thermique :
∼ 100 Nm
déployé à grande vitesse (∼ 4000 tr/min, près de la vitesse max)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 24 / 29

63. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le couple moteur
Pour un moteur d’environ 100 ch (1 ch = 736 W)
Couple moteur thermique :
∼ 100 Nm
déployé à grande vitesse (∼ 4000 tr/min, près de la vitesse max)
Couple moteur électrique :
∼ 400 Nm
Déployé à faible vitesse (0 – 1000 tr/min, à vitesse nulle)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 24 / 29

64. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le couple moteur : Electrique 2 — Thermique 1
Pour un moteur d’environ 100 ch (1 ch = 736 W)
Couple moteur thermique :
∼ 100 Nm
déployé à grande vitesse (∼ 4000 tr/min, près de la vitesse max)
Couple moteur électrique :
∼ 400 Nm
Déployé à faible vitesse (0 – 1000 tr/min, à vitesse nulle)
Avantage à l’électrique
Le moteur électrique déploie des couples plus élevés à faible vitesse
=⇒ idéal pour le démarrage (ville)
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65. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La réversibilité
Grande force de la machine électrique
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66. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La réversibilité
Grande force de la machine électrique
Moteur qui ne travaille pas =⇒ génératrice
Véhicule en descente
Ralentissement
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 25 / 29

67. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La réversibilité
Grande force de la machine électrique
Moteur qui ne travaille pas =⇒ génératrice
Véhicule en descente
Ralentissement
Mouvement −→ puissance électrique
Ralentissement
Recharge de batterie
Renvoi dans la caténaire (trains, trams, etc.)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 25 / 29

68. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La réversibilité
Grande force de la machine électrique
Moteur qui ne travaille pas =⇒ génératrice
Véhicule en descente
Ralentissement
Mouvement −→ puissance électrique
Ralentissement
Recharge de batterie
Renvoi dans la caténaire (trains, trams, etc.)
Freinage par récupération
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Les machines électriques 2010–2011 25 / 29

69. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
La réversibilité : Electrique 3 — Thermique 1
Grande force de la machine électrique
Moteur qui ne travaille pas =⇒ génératrice
Véhicule en descente
Ralentissement
Mouvement −→ puissance électrique
Ralentissement
Recharge de batterie
Renvoi dans la caténaire (trains, trams, etc.)
Freinage par récupération
C’est comme si un moteur à explosion produisait du carburant
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70. Moteurs électriques contre moteurs thermiques Grandeurs physiques et performances
Le prix : Electrique 4 — Thermique 1
Prix de l’énergie :
1,45 euros pour 1 L de SP95 = 14,5 centimes par kWh
Électricité (nucléaire) : en moyenne 11,5 centimes par kWh
En plus : rendements très différents !
L’énergie électrique est moins chère
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71. Le véhicule hybride
Plan
1 Les machines électriques tournantes
Présentation
Principe de fonctionnement
2 Description d’une machine électrique tournante
Point de vue mécanique
Point de vue électrique
3 Le parc de machines électriques
Exemple de la traction
Robustesse des moteurs
4 Moteurs électriques contre moteurs thermiques
Le choix d’un moteur
Grandeurs physiques et performances
5 Le véhicule hybride
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72. Le véhicule hybride
Concilier les avantages
Le problème du stockage est rédhibitoire
Le problème de la recharge aussi
MAIS la machine électrique a de très grands intérêts
Solution
Utiliser les deux en même temps
Alternateurs très rentables (presque 100 %) =⇒ cela est donc possible !
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73. Le véhicule hybride
Fiche technique
Moteur Thermique
Type Essence – 1,5 L – 16 soupapes
Cylindrée 1497 cm3
Puissance maximale 77 ch (57 kW) à 5000 tr/min
Puissance fiscale 4 CV
Couple maximal 115 Nm à 4000 tr/min
Consommation (mixte) 4,3 L/100 km
Moteur Électrique
Type Synchrone, à aimant permanent
Puissance maximale 68 ch (50 kW) à 1200–1540 tr/mn
Tension nominale 500 V
Couple maximal 400 de 0 à 1200 tr/mn
Fiche technique d’une Toyota Prius Linea Sol
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74. Le véhicule hybride
Fiche technique
Moteur Thermique
Type Essence – 1,5 L – 16 soupapes
Cylindrée 1497 cm3
Puissance maximale 77 ch (57 kW) à 5000 tr/min sous-dimensionné
Puissance fiscale 4 CV
Couple maximal 115 Nm à 4000 tr/min vitesse élevée
Consommation (mixte) 4,3 L/100 km faible
Moteur Électrique
Type Synchrone, à aimant permanent
Puissance maximale 68 ch (50 kW) à 1200–1540 tr/mn plage
Tension nominale 500 V
Couple maximal 400 de 0 à 1200 tr/mn vitesse nulle
Fiche technique d’une Toyota Prius Linea Sol
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