Feuille d'entraînement : Conversion électromécanique

Corrigés

1. Exercice 1Banque PT Physique A PT 2023, Q23

   1. Formes d'énergie transmises :

   • De la turbine à l'alternateur, l'énergie est transmise sous forme d'énergie mécanique (travail d'un couple de forces via l'arbre de rotation).
   • De l'alternateur au transformateur, l'énergie est transmise sous forme d'énergie électrique (courant alternatif sous tension alternative).

   2. Éléments transducteurs : Un transducteur est un système convertissant une forme d'énergie en une autre. Les éléments transducteurs de la chaîne sont :

   • La turbine, qui convertit l'énergie thermique et cinétique de la vapeur (énergie fluidique/thermodynamique) en énergie mécanique de rotation ;
   • L'alternateur, qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique grâce au phénomène d'induction électromagnétique.

   Remarque : Le transformateur n'est pas à proprement parler un transducteur de forme d'énergie, car il modifie les grandeurs électriques (tension, intensité) sans changer la nature électrique de l'énergie.

   3. Pertes énergétiques à envisager :

   • Canalisations et forage : transferts thermiques dissipatifs avec le milieu extérieur et pertes de charge visqueuses lors de l'écoulement de l'eau et de la vapeur.
   • Turbine : frottements mécaniques (paliers, roulements), turbulences du fluide et enthalpie résiduelle emportée par la vapeur à l'échappement.

   • Alternateur :

     • pertes mécaniques (frottements d'axe, résistance de l'air) ;
     • pertes par effet Joule dans les bobinages conducteurs (R I^2) ;
     • pertes magnétiques dites « pertes fer » (courants de Foucault et hystérésis dans les matériaux ferromagnétiques).
   • Transformateur : pertes par effet Joule dans les enroulements primaire et secondaire, ainsi que des pertes magnétiques (« pertes fer » par courants de Foucault et hystérésis dans le circuit magnétique).

   Indice, stratégie et pièges de cette question