Analyse de Réactance pour la Maintenance

Exercice : Analyse de la Réactance d'un Moteur Asynchrone

Analyse de la Réactance pour la Maintenance

Contexte : La maintenance prédictive en électrotechnique.

La surveillance des moteurs asynchrones est cruciale dans l'industrie pour garantir la continuité de la production. L'analyse de l'impédanceOpposition d'un circuit électrique au passage d'un courant alternatif, combinant la résistance et la réactance. et de ses composantes, la résistance et la réactance inductiveOpposition au changement du courant causée par le champ magnétique d'une bobine (enroulement)., est une méthode efficace de maintenance prédictive. Une variation de la réactance peut indiquer un défaut dans les enroulements du moteur, comme des courts-circuits entre spires, bien avant qu'une panne majeure ne survienne. Cet exercice vous guidera à travers les calculs fondamentaux pour diagnostiquer l'état d'un moteur.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à décomposer les mesures électriques (tension, courant, puissance) pour isoler la réactance, un paramètre physique clé lié à la santé du bobinage d'un moteur.


Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre et calculer les différentes puissances en régime alternatif (active, réactive, apparente).
  • Calculer l'impédance, la résistance et la réactance d'un circuit R-L série.
  • Appliquer ces calculs pour interpréter l'état d'un enroulement de moteur électrique.

Données de l'étude

Un technicien de maintenance effectue un test sur un moteur asynchrone triphasé à l'arrêt. Il isole une phase du stator et la soumet à une tension alternative sinusoïdale pour caractériser son enroulement. Il relève les mesures ci-dessous.

Fiche Technique du Moteur
Caractéristique Valeur
Puissance Nominale 15 kW
Tension d'alimentation 400 V (Triphasé)
Fréquence 50 Hz
Modèle Équivalent d'une Phase du Stator
R X Tension U Courant I
Paramètre Mesuré Symbole Valeur Unité
Tension Efficace U 24 V
Courant Efficace I 4 A
Puissance Active P 64 W

Questions à traiter

  1. Calculer la puissance apparente (S) absorbée par l'enroulement.
  2. Déterminer le facteur de puissance (cos φ) de l'enroulement.
  3. Calculer l'impédance (Z) de l'enroulement.
  4. Calculer la résistance (R) de l'enroulement.
  5. En déduire la réactance inductive (X) de l'enroulement.

Les bases sur l'Électrotechnique en Régime Sinusoïdal

Pour résoudre cet exercice, il est essentiel de maîtriser les relations fondamentales entre les puissances, ainsi que la loi d'Ohm en régime alternatif.

1. Le Triangle des Puissances
En régime sinusoïdal, on distingue trois puissances :

  • La Puissance Active (P), en Watts (W), représente l'énergie réellement consommée et transformée en travail ou en chaleur. \( P = U \cdot I \cdot \cos(\varphi) \)
  • La Puissance Réactive (Q), en Voltampères Réactifs (VAR), est liée à l'énergie échangée par les champs magnétiques et électriques. \( Q = U \cdot I \cdot \sin(\varphi) \)
  • La Puissance Apparente (S), en Voltampères (VA), est la puissance totale fournie par la source. C'est la somme vectorielle de P et Q. \( S = U \cdot I \)
Ces trois puissances forment un triangle rectangle avec la relation : \( S^2 = P^2 + Q^2 \)

2. Le Triangle des Impédances
L'impédance (Z) d'un circuit est son opposition globale au courant. Elle se décompose en :

  • La Résistance (R), en Ohms (Ω), qui dissipe l'énergie sous forme de chaleur (puissance active).
  • La Réactance (X), en Ohms (Ω), qui stocke et restitue l'énergie (puissance réactive).
Ces grandeurs forment également un triangle rectangle : \( Z^2 = R^2 + X^2 \)


Correction : Analyse de la Réactance pour la Maintenance

Question 1 : Calculer la puissance apparente (S) absorbée par l'enroulement.

Principe

La puissance apparente est le produit de la tension efficace et du courant efficace. Elle représente la puissance "totale" que la source doit être capable de fournir au circuit, sans distinguer la partie réellement consommée (active) de la partie échangée (réactive).

Mini-Cours

La puissance apparente (S) est la somme vectorielle de la puissance active (P) et de la puissance réactive (Q). Elle est souvent visualisée comme l'hypoténuse d'un triangle rectangle (le "triangle des puissances"), où P et Q sont les deux autres côtés. Cette grandeur est fondamentale pour le dimensionnement des installations électriques (câbles, transformateurs, protections), car ces équipements doivent supporter le courant total, qui est directement lié à S.

Remarque Pédagogique

Pensez à la puissance apparente comme au "coût" total en énergie que le fournisseur doit vous livrer. La puissance active est la partie que vous "consommez" réellement pour produire un travail. Le calcul de S est souvent la première étape car il établit la grandeur de référence pour les autres calculs de puissance.

Normes

Il n'existe pas de norme pour le calcul lui-même, mais les normes comme la CEI 60034-1 spécifient comment les caractéristiques nominales (tension, courant) des machines électriques tournantes doivent être définies et mesurées, garantissant que les données de base pour ce calcul sont fiables et standardisées.

Formule(s)

Formule de la Puissance Apparente

\[ S = U \times I \]
Hypothèses

Pour que ce calcul soit valide, nous posons les hypothèses suivantes :

  • Les régimes de tension et de courant sont parfaitement sinusoïdaux.
  • Les valeurs U et I sont des mesures efficaces (RMS) et stables.
  • Le circuit est en régime établi (pas de phénomènes transitoires).
Donnée(s)

Nous utilisons les valeurs de tension et de courant mesurées par le technicien.

ParamètreSymboleValeurUnité
Tension EfficaceU24V
Courant EfficaceI4A
Astuces

Vérifiez toujours les unités. Si la tension est en kilovolts (kV) ou le courant en milliampères (mA), n'oubliez pas de les convertir en Volts et Ampères avant de multiplier pour obtenir des Voltampères (VA).

Schéma (Avant les calculs)

On modélise l'enroulement comme une "boîte noire" (une charge) à laquelle on applique une tension U et qui absorbe un courant I.

Circuit de Mesure
Charge (Z)I = 4 AU = 24 V
Calcul(s)

On applique la formule avec les données de l'énoncé.

\[ \begin{aligned} S &= U \times I \\ &= 24 \text{ V} \times 4 \text{ A} \\ \Rightarrow S &= 96 \text{ VA} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Après calcul, on peut représenter S comme l'hypoténuse du triangle des puissances, dont on ne connaît pas encore les autres côtés.

Triangle des Puissances (Partiel)
P = ?Q = ?S = 96 VA
Réflexions

La valeur de 96 VA représente la charge apparente que l'enroulement constitue pour la source d'alimentation. Cette valeur seule ne nous dit pas si le moteur est sain, mais elle est une étape indispensable pour les calculs suivants.

Points de vigilance

L'erreur la plus commune est de confondre la puissance apparente (S) en VA avec la puissance active (P) en Watts. N'oubliez jamais que S est la puissance "brute" fournie, pas la puissance utilement consommée.

Points à retenir

  • La puissance apparente est la base du dimensionnement électrique.
  • Sa formule est simple : \(S = U \times I\).
  • Son unité est le Voltampère (VA).

Le saviez-vous ?

La distinction entre puissance active et apparente est une des raisons pour lesquelles les transformateurs électriques sont dimensionnés en kVA (kilo-Voltampères) et non en kW (kilowatts). Leur capacité est limitée par le courant total qui les traverse, indépendamment de la part de ce courant qui produit un travail utile.

FAQ

Pourquoi utilise-t-on les VA et non les Watts pour S ?

Pour bien distinguer la puissance totale fournie (S) de la puissance réellement transformée en travail (P). Utiliser des unités différentes (VA et W) évite toute confusion entre ces deux concepts physiquement distincts.

Résultat Final
La puissance apparente absorbée par l'enroulement est S = 96 VA.
A vous de jouer

Si le courant mesuré était de 5A sous la même tension de 24V, quelle serait la nouvelle puissance apparente ?

Question 2 : Déterminer le facteur de puissance \( \cos(\varphi) \) de l'enroulement.

Principe

Le facteur de puissance, noté \( \cos(\varphi) \), est le rapport entre la puissance active (réellement utilisée) et la puissance apparente (totalement fournie). Il quantifie l'efficacité avec laquelle le circuit utilise la puissance qui lui est fournie. Un facteur de puissance proche de 1 signifie que la quasi-totalité de la puissance est active, tandis qu'un facteur proche de 0 indique une forte proportion de puissance réactive.

Mini-Cours

L'angle φ représente le déphasage temporel entre l'onde de tension et l'onde de courant. Dans un circuit purement résistif, U et I sont en phase (\(\varphi=0\), \( \cos(\varphi) = 1\)). Dans un circuit purement inductif, le courant est en retard de 90° sur la tension (\(\varphi=90°\), \( \cos(\varphi) = 0\)). L'enroulement d'un moteur est un circuit R-L, donc le déphasage φ est compris entre 0° et 90°.

Remarque Pédagogique

Un bon facteur de puissance est crucial pour les réseaux de distribution d'électricité. Un faible facteur de puissance (très inductif) signifie que pour une même puissance active P délivrée, le courant I doit être plus élevé (\(I = P / (U \cdot \cos\varphi)\)). Un courant plus élevé entraîne plus de pertes par effet Joule dans les lignes, ce qui est inefficace. C'est pourquoi les fournisseurs d'énergie pénalisent les industries ayant un mauvais facteur de puissance.

Normes

De nombreux distributeurs d'énergie, s'appuyant sur des réglementations nationales ou des normes comme l'IEEE 519, imposent aux sites industriels de maintenir un facteur de puissance moyen au-dessus d'un certain seuil (souvent 0.9 ou 0.93) sous peine de pénalités financières.

Formule(s)

Formule du Facteur de Puissance

\[ \cos(\varphi) = \frac{P}{S} \]
Hypothèses

Nous supposons que les valeurs de Puissance Active (P) et de Puissance Apparente (S) sont correctes et ont été obtenues dans les mêmes conditions de mesure stables.

Donnée(s)

On utilise la puissance active mesurée et la puissance apparente calculée à la question précédente.

ParamètreSymboleValeurUnité
Puissance ActiveP64W
Puissance ApparenteS96VA
Astuces

Le facteur de puissance est un nombre sans unité qui doit toujours être compris entre 0 et 1 pour une charge passive. Si votre calcul donne un résultat supérieur à 1, vous avez probablement inversé P et S !

Schéma (Avant les calculs)

Le triangle des puissances montre graphiquement la relation entre P, S et l'angle φ.

Relation P, S et cos(φ)
PQS φ
Calcul(s)

On effectue le rapport des deux puissances.

\[ \begin{aligned} \cos(\varphi) &= \frac{P}{S} \\ &= \frac{64 \text{ W}}{96 \text{ VA}} \\ \Rightarrow \cos(\varphi) &\approx 0.667 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

On peut maintenant annoter le triangle avec la valeur de cos(φ).

Triangle des Puissances Annoté
P=64WS=96VA cos φ ≈ 0.67
Réflexions

Un facteur de puissance de 0.667 indique que le circuit est significativement inductif, ce qui est normal pour un enroulement de moteur. Seule 66.7% de la puissance fournie est transformée en chaleur (pertes joules), le reste correspond à l'énergie réactive nécessaire pour magnétiser le circuit.

Points de vigilance

Ne confondez pas l'angle φ (en degrés ou radians) et le facteur de puissance cos(φ) (sans unité). Pour trouver l'angle, il faut utiliser la fonction arccosinus : \( \varphi = \arccos(0.667) \approx 48.2° \).

Points à retenir

  • Le facteur de puissance est le rapport P/S.
  • Il mesure l'efficacité d'un circuit électrique.
  • Une valeur faible est typique des moteurs mais problématique pour le réseau.

Le saviez-vous ?

Pour corriger un mauvais facteur de puissance dû à des charges inductives (comme les moteurs), les industries installent des batteries de condensateurs. Ces composants sont des charges capacitives qui fournissent localement la puissance réactive "consommée" par les moteurs, "soulageant" ainsi le réseau de distribution.

FAQ

Un facteur de puissance peut-il être capacitif ?

Oui. Si la charge contient plus de condensateurs que de bobines, le courant sera en avance sur la tension. On parle alors de facteur de puissance "en avance" ou "capacitif", mais la valeur de cos(φ) reste entre 0 et 1.

Résultat Final
Le facteur de puissance de l'enroulement est d'environ 0.667.
A vous de jouer

Si la puissance active P était de 80W pour une puissance apparente S de 100VA, quel serait le nouveau facteur de puissance ?

Question 3 : Calculer l'impédance (Z) de l'enroulement.

Principe

L'impédance (Z) est l'opposition totale (résistive et inductive) d'un circuit au passage d'un courant alternatif. Elle se calcule par la loi d'Ohm généralisée, en faisant le rapport entre la tension efficace aux bornes du circuit et le courant efficace qui le traverse.

Mini-Cours

L'impédance Z est une grandeur fondamentale qui généralise le concept de résistance aux circuits alternatifs. Mathématiquement, c'est un nombre complexe \( \mathbf{Z} = R + jX \). La valeur que nous calculons ici, \( Z = U/I \), est le module de ce nombre complexe, représentant l'amplitude de l'opposition au courant. Le module se calcule par \( Z = \sqrt{R^2 + X^2} \).

Remarque Pédagogique

Pensez à l'impédance comme à la "résistance apparente" du composant en courant alternatif. C'est la valeur que vous "verriez" si vous utilisiez un ohmmètre capable de fonctionner en AC. En maintenance, la mesure de l'impédance entre phases d'un moteur est un excellent indicateur de santé. Des impédances déséquilibrées entre les phases sont un signe de défaut.

Normes

Les méthodes de mesure d'impédance sont standardisées pour garantir la répétabilité et la comparaison des résultats. Des normes comme celles de l'ASTM ou de la CEI définissent les procédures pour caractériser les matériaux et composants électriques, y compris leurs impédances à différentes fréquences.

Formule(s)

Loi d'Ohm en Alternatif

\[ Z = \frac{U}{I} \]
Hypothèses

On suppose que le circuit est linéaire, c'est-à-dire que son impédance ne dépend pas de la tension ou du courant qui le traverse (ce qui est une bonne approximation pour un enroulement de moteur à l'arrêt).

Donnée(s)

On utilise à nouveau les valeurs de tension et de courant de l'énoncé.

ParamètreSymboleValeurUnité
Tension EfficaceU24V
Courant EfficaceI4A
Astuces

Le calcul est simple, mais l'interprétation est clé. Une impédance anormalement basse suggère un court-circuit, tandis qu'une impédance très élevée (infinie) indique un circuit ouvert (un fil coupé).

Schéma (Avant les calculs)

Le circuit est vu comme une charge unique, caractérisée par son impédance Z.

Modèle par Impédance
Z
Calcul(s)

On applique la formule.

\[ \begin{aligned} Z &= \frac{U}{I} \\ &= \frac{24 \text{ V}}{4 \text{ A}} \\ \Rightarrow Z &= 6 \text{ } \Omega \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

L'impédance peut être vue comme l'hypoténuse du triangle des impédances. Sa valeur est maintenant connue.

Triangle des Impédances (Partiel)
R = ?X = ?Z = 6 Ω
Réflexions

Une impédance de 6 Ω est une valeur de référence pour ce moteur. Lors des futures opérations de maintenance, le technicien comparera les nouvelles mesures à cette valeur de base. Un écart de plus de quelques pourcents pourrait déclencher une investigation plus poussée.

Points de vigilance

Ne pas confondre l'impédance Z avec la résistance R. L'impédance est une grandeur complexe (en notation mathématique) qui inclut à la fois la résistance et la réactance. Sa valeur en Ohms est toujours supérieure ou égale à la résistance seule.

Points à retenir

  • L'impédance est la "résistance" d'un circuit en régime alternatif.
  • Elle se calcule avec la loi d'Ohm : \(Z = U / I\).
  • C'est une valeur de diagnostic clé pour les enroulements.

Le saviez-vous ?

Le concept d'impédance a été introduit par Oliver Heaviside en 1886. En utilisant la notation complexe, il a grandement simplifié l'analyse des circuits AC, qui était auparavant traitée avec de lourdes équations différentielles. Le travail de Heaviside et de Charles Proteus Steinmetz a jeté les bases de toute l'ingénierie électrique moderne.

FAQ

Pourquoi l'impédance est-elle si importante pour un moteur ?

L'impédance d'un moteur est directement liée à son bobinage et à son circuit magnétique. Toute dégradation (court-circuit, vieillissement de l'isolant) modifie la géométrie électrique de l'enroulement, ce qui se traduit par une modification mesurable de l'impédance, bien avant l'apparition de fumée ou de bruit.

Résultat Final
L'impédance de l'enroulement est Z = 6 Ω.
A vous de jouer

Si une mesure sur une autre phase du moteur donnait U = 24V et I = 3A, quelle serait l'impédance de cette phase ?

Question 4 : Calculer la résistance (R) de l'enroulement.

Principe

La résistance est la partie de l'impédance qui dissipe l'énergie sous forme de chaleur (effet Joule). La puissance active (P) mesurée est uniquement dissipée dans cette résistance. On peut donc isoler R en utilisant la formule de la puissance dissipée par effet Joule.

Mini-Cours

La résistance R d'un conducteur (comme un fil de cuivre) dépend de sa longueur L, de sa section S et de sa résistivité ρ (une propriété du matériau) via la loi de Pouillet : \(R = \rho \cdot (L/S)\). La puissance dissipée sous forme de chaleur dans cette résistance est donnée par la loi de Joule : \(P = R \cdot I^2\). C'est cette seconde loi que nous utilisons ici pour trouver R à partir de mesures électriques.

Remarque Pédagogique

Dans un moteur, la résistance R est principalement due à la longueur du fil de cuivre utilisé pour les enroulements. C'est elle qui est responsable de l'échauffement du moteur en fonctionnement. Une valeur de R anormalement élevée peut indiquer une mauvaise connexion ou une section de fil réduite (par corrosion par exemple).

Normes

La norme CEI 60228 classe les conducteurs électriques en fonction de leur résistance linéique (en Ω/km). Cela permet aux concepteurs de moteurs de choisir le fil approprié pour obtenir la résistance d'enroulement souhaitée tout en respectant les contraintes de taille et d'échauffement.

Formule(s)

Formule de la Résistance via la Puissance

\[ P = R \times I^2 \Rightarrow R = \frac{P}{I^2} \]

Formule de la Résistance via l'Impédance

\[ R = Z \times \cos(\varphi) \]
Astuces

Utiliser la formule \( R = P/I^2 \) est souvent plus précis car elle utilise deux valeurs mesurées directement (P et I), tandis que \( R = Z \cdot \cos(\varphi) \) utilise des valeurs calculées (Z et cos φ), ce qui peut propager de petites erreurs d'arrondi.

Donnée(s)

Nous utilisons les données mesurées de puissance et de courant.

ParamètreSymboleValeurUnité
Puissance ActiveP64W
Courant EfficaceI4A
Schéma (Avant les calculs)

Dans le triangle des impédances, R est le côté adjacent à l'angle φ.

Triangle des Impédances - Côté R
RXZ
Calcul(s)

Nous appliquons la formule la plus directe.

\[ \begin{aligned} R &= \frac{P}{I^2} \\ &= \frac{64 \text{ W}}{(4 \text{ A})^2} \\ &= \frac{64}{16} \text{ } \Omega \\ \Rightarrow R &= 4 \text{ } \Omega \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Le triangle des impédances est maintenant un peu plus complet.

Triangle des Impédances (Partiel)
R = 4 ΩX = ?Z = 6 Ω
Réflexions

La résistance de 4 Ω représente les pertes par effet Joule de l'enroulement. En fonctionnement, cette résistance sera responsable d'une partie de l'échauffement du moteur. Elle est généralement stable dans le temps, sauf en cas de défaut de connexion.

Points de vigilance

Attention à ne pas oublier le carré dans la formule \(P = R \cdot I^2\). Une erreur fréquente est de diviser P par I, ce qui donnerait une tension et non une résistance !

Points à retenir

  • La résistance R est associée aux pertes d'énergie par chaleur (puissance active P).
  • La formule de calcul la plus fiable est \(R = P / I^2\).
  • Sa valeur dépend des caractéristiques physiques du fil de bobinage.

Le saviez-vous ?

La résistance d'un fil de cuivre n'est pas constante : elle augmente avec la température. Pour des mesures de maintenance très précises, les techniciens doivent noter la température du moteur et corriger la valeur de résistance mesurée pour la ramener à une température de référence (souvent 20°C) afin de pouvoir comparer les mesures dans le temps.

FAQ

Peut-on mesurer R directement avec un ohmmètre ?

Oui, et c'est souvent fait. Cependant, un ohmmètre utilise un courant continu (DC). La valeur mesurée (appelée "résistance DC") peut être légèrement différente de la "résistance AC" que nous avons calculée, à cause de phénomènes comme l'effet de peau qui n'existent qu'en courant alternatif. Pour un diagnostic de base, les deux valeurs sont généralement très proches.

Résultat Final
La résistance de l'enroulement est R = 4 Ω.
A vous de jouer

Si la puissance mesurée était de 50W pour un courant de 5A, quelle serait la résistance de l'enroulement ?

Question 5 : En déduire la réactance inductive (X) de l'enroulement.

Principe

La réactance inductive (X) est la composante de l'impédance liée au champ magnétique de la bobine. Comme l'impédance, la résistance et la réactance forment un triangle rectangle (le triangle des impédances), on peut utiliser le théorème de Pythagore pour trouver la réactance si l'on connaît l'impédance (l'hypoténuse) et la résistance (un côté).

Mini-Cours

La réactance inductive \(X\) est directement proportionnelle à l'inductance \(L\) de la bobine et à la pulsation \(\omega\) du courant (\(\omega = 2\pi f\), où f est la fréquence). La formule est \(X = L \cdot \omega\). Cela signifie que la réactance d'une bobine est d'autant plus grande que la fréquence du courant est élevée. C'est cette propriété qui est utilisée dans les filtres électroniques.

Remarque Pédagogique

La réactance est LA valeur la plus intéressante pour la maintenance prédictive des moteurs. Un court-circuit entre quelques spires de l'enroulement ne changera que très peu la résistance totale (la longueur de fil est quasiment la même), mais il modifiera de façon significative le champ magnétique et donc l'inductance L, ce qui provoquera une baisse notable et détectable de la réactance X.

Normes

Il n'y a pas de norme fixant la valeur de réactance d'un moteur, car elle dépend de sa conception. Cependant, les guides de maintenance, comme ceux publiés par l'EASA (Electrical Apparatus Service Association), fournissent des tolérances et des recommandations sur les déséquilibres acceptables de l'impédance (et donc de la réactance) entre les phases d'un moteur.

Formule(s)

Théorème de Pythagore pour les Impédances

\[ Z^2 = R^2 + X^2 \]

Formule de la Réactance

\[ X = \sqrt{Z^2 - R^2} \]
Hypothèses

Nous supposons que le modèle R-L série est une représentation suffisamment précise de l'enroulement, et que le triangle des impédances est un triangle rectangle parfait, ce qui est vrai pour un circuit linéaire.

Donnée(s)

On utilise les valeurs d'impédance et de résistance calculées précédemment.

ParamètreSymboleValeurUnité
ImpédanceZ6Ω
RésistanceR4Ω
Astuces

Vous pouvez également trouver X en calculant d'abord la puissance réactive \(Q = \sqrt{S^2 - P^2}\), puis en utilisant la relation \(Q = X \cdot I^2\). Essayez pour vérifier que vous trouvez le même résultat ! (Q = \(\sqrt{96^2 - 64^2} \approx 71.5\) VAR. \(X = 71.5 / 4^2 \approx 4.47\) Ω).

Schéma (Avant les calculs)

On cherche à déterminer la longueur du dernier côté inconnu du triangle des impédances.

Triangle des Impédances - Côté X
R = 4 ΩXZ = 6 Ω
Calcul(s)

On applique la formule.

\[ \begin{aligned} X &= \sqrt{Z^2 - R^2} \\ &= \sqrt{6^2 - 4^2} \\ &= \sqrt{36 - 16} \\ &= \sqrt{20} \\ \Rightarrow X &\approx 4.47 \text{ } \Omega \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Le triangle des impédances est maintenant complet, nous avons une caractérisation totale de l'enroulement à cette fréquence.

Triangle des Impédances Complet
R = 4 ΩX ≈ 4.47 ΩZ = 6 Ω
Réflexions

La valeur de la réactance (4.47 Ω) est du même ordre de grandeur que la résistance (4 Ω). C'est cette valeur de réactance qui sera suivie dans le temps par les techniciens de maintenance. Une diminution significative de X pourrait indiquer un court-circuit entre les spires de l'enroulement, car moins de bobinage en service génère un champ magnétique plus faible, et donc une réactance plus faible.

Points de vigilance

Assurez-vous que la valeur sous la racine carrée (\(Z^2 - R^2\)) est positive. Si elle est négative, cela signifie que votre résistance calculée R est plus grande que votre impédance Z, ce qui est physiquement impossible et indique une erreur dans les calculs précédents.

Points à retenir

  • La réactance X est la composante "inductive" de l'impédance.
  • Elle se calcule via le théorème de Pythagore : \(X = \sqrt{Z^2 - R^2}\).
  • C'est un indicateur très sensible aux défauts de bobinage.

Le saviez-vous ?

Les très gros moteurs synchrones peuvent parfois être utilisés "à vide" (sans charge mécanique) sur le réseau électrique, non pas pour produire un travail, mais pour se comporter comme d'énormes inductances ou capacités variables. En ajustant leur courant d'excitation, les opérateurs de réseau peuvent les utiliser pour générer ou absorber de la puissance réactive, et ainsi stabiliser la tension du réseau. On les appelle alors des "compensateurs synchrones".

FAQ

Quelle est la différence entre réactance et inductance ?

L'inductance (L), mesurée en Henrys (H), est une propriété physique intrinsèque de la bobine (liée à sa géométrie et son noyau). La réactance (X), mesurée en Ohms (Ω), est "l'effet" de cette inductance à une fréquence donnée. La réactance est ce qui s'oppose au courant. On a la relation \(X = 2 \pi f L\), où f est la fréquence.

Résultat Final
La réactance inductive de l'enroulement est d'environ 4.47 Ω.
A vous de jouer

Si une mesure donne Z = 10 Ω et R = 8 Ω, quelle serait la réactance X ?


Outil Interactif : Simulateur de Diagnostic

Utilisez les curseurs pour voir comment une variation du courant absorbé ou de la puissance active (due à un défaut par exemple) impacte les paramètres de l'enroulement, en gardant la tension de test à 24V.

Paramètres de Mesure
4 A
64 W
Paramètres Calculés
Impédance (Z) - Ω
Résistance (R) - Ω
Réactance (X) - Ω
Facteur de Puissance (cos φ) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Dans un circuit purement inductif (sans résistance), que vaut le facteur de puissance ?

2. Si la fréquence du courant d'alimentation augmente, comment évolue la réactance inductive \(X_L = L \cdot \omega\) d'une bobine ?

3. Un court-circuit entre spires dans un enroulement de moteur va typiquement...

4. Quelle unité n'est PAS une unité de puissance ?

5. Un circuit a une impédance Z = 10 Ω et une résistance R = 6 Ω. Que vaut sa réactance X ?


Réactance Inductive (X)
Partie de l'impédance d'un circuit due à l'effet d'induction magnétique (bobinage). Elle s'oppose aux variations du courant et se mesure en Ohms (Ω).
Impédance (Z)
Opposition totale d'un circuit au passage d'un courant alternatif. C'est la somme vectorielle de la résistance et de la réactance. Se mesure en Ohms (Ω).
Puissance Apparente (S)
Produit de la tension et du courant efficaces dans un circuit (S = U.I). Elle représente la puissance maximale que la source doit fournir. Se mesure en Voltampères (VA).
Facteur de Puissance (cos φ)
Rapport entre la puissance active (W) et la puissance apparente (VA). Il mesure l'efficacité de la transmission de puissance. C'est un nombre sans unité compris entre 0 et 1.
Exercice : Analyse de Réactance pour la Maintenance

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Analyse d’un Circuit Électrique Mixte Analyse d’un Circuit Électrique Mixte Contexte : L'analyse des circuits électriques mixtes (série et parallèle) est une compétence fondamentale en électrotechnique. Elle permet de comprendre et de prédire le comportement du...

Analyse d’un Système Triphasé
Analyse d’un Système Triphasé

Exercice : Analyse d'un Système Triphasé Équilibré Analyse d’un Système Triphasé Équilibré Contexte : Le réseau triphasé est le pilier du transport et de la distribution de l'énergie électrique à grande échelle. Il est utilisé pour alimenter la quasi-totalité des...

Autonomie d’un système alimenté par batterie
Autonomie d’un système alimenté par batterie

Exercice : Autonomie d'un Système sur Batterie Calcul de l'Autonomie d’un système alimenté par batterie Contexte : L'alimentation d'un refuge de montagne. Nous devons concevoir le système d'éclairage autonome pour un refuge de montagne non raccordé au réseau...

Circuit monophasé R–L
Circuit monophasé R–L

Exercice : Circuit Monophasé R-L Série Analyse d'un Circuit Monophasé R-L Série Contexte : Le circuit R-L série. En électrotechnique, de nombreux récepteurs (moteurs, transformateurs, ballasts de lampes...) se comportent comme une association d'une résistance R et...

Analyse de Puissance dans un Transformateur
Analyse de Puissance dans un Transformateur

Analyse de Puissance d'un Transformateur Analyse de Puissance d'un Transformateur Monophasé Contexte : Le transformateur monophasé est un composant essentiel dans les réseaux de distribution électrique. Il permet de modifier les niveaux de tension et de courant entre...

Chute de Tension dans un Système Triphasé
Chute de Tension dans un Système Triphasé

Exercice : Chute de Tension en Triphasé Calcul de la Chute de Tension dans un Système Triphasé Contexte : Alimentation d'un Moteur dans un Atelier. Le transport de l'énergie électrique sur des câbles n'est jamais parfait. Une partie de la tension est "perdue" en route...

Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal
Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal

Exercice : Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Analyse d'un Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Contexte : L'étude des circuits en régime sinusoïdalAnalyse des circuits électriques alimentés par une source de tension ou de courant qui varie de manière sinusoïdale...

Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff
Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff

Analyse de Circuit : Lois d’Ohm et de Kirchhoff Analyse de Circuit avec les Lois d’Ohm et de Kirchhoff Contexte : L'analyse de circuits électriques est la pierre angulaire de l'électrotechnique. Comprendre comment le courantLe flux de charge électrique, mesuré en...

Analyse d’une baisse de tension
Analyse d’une baisse de tension

Exercice : Analyse d'une Baisse de Tension Analyse d'une Baisse de Tension sur une Ligne d'Alimentation Contexte : L'alimentation d'un moteur dans un atelier. Dans toute installation électrique, l'énergie est transportée via des câbles qui, malgré leur bonne...

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques
Gestion Énergétique des Moteurs Électriques

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Contexte : L'efficacité énergétique dans l'industrie. Une usine souhaite réduire ses coûts énergétiques en optimisant le fonctionnement de ses équipements. L'étude se concentre sur...

Calcul de la Résistance Équivalente Totale
Calcul de la Résistance Équivalente Totale

Exercice : Calcul de la Résistance Équivalente Calcul de la Résistance Équivalente Totale Contexte : L'analyse de circuits électriques est fondamentale en électrotechnique. Un des premiers concepts à maîtriser est le calcul de la résistance équivalenteLa résistance...

Calcul du rendement d’un alternateur
Calcul du rendement d’un alternateur

Exercice : Rendement d'un Alternateur Calcul du Rendement d'un Alternateur Triphasé Contexte : Le rendement d'un alternateurLe rapport entre la puissance électrique utile fournie par l'alternateur et la puissance mécanique absorbée. C'est une mesure clé de son...

Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur
Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur

Exercice : Vitesse de Rotation d'un Alternateur Calcul de la Vitesse de Rotation d’un Alternateur Contexte : L'étude des machines synchrones, en particulier l'alternateurUne machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous forme de...

Comportement Temporel du Courant
Comportement Temporel du Courant

Comportement Temporel du Courant Comportement Temporel du Courant Contexte : Le régime transitoireL'état temporaire d'un circuit après un changement brusque (ex: fermeture d'un interrupteur), avant qu'il n'atteigne un état stable. d'un circuit RC. Cet exercice porte...

Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant
Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant

Exercice : Mesure de la Valeur Efficace d'un Courant Mesure de la Valeur Efficace d'un Courant Sinusoïdal Contexte : L'importance de la Valeur EfficaceLa valeur efficace (RMS en anglais) d'un courant alternatif est la valeur du courant continu qui produirait le même...

Calcul de la Puissance Active P
Calcul de la Puissance Active P

Calcul de la Puissance Active P en Régime Sinusoïdal Calcul de la Puissance Active P en Régime Sinusoïdal Contexte : Le rendement énergétiqueLe rapport entre l'énergie utile produite par un système et l'énergie totale consommée. C'est une mesure clé de l'efficacité...

Puissance dans un Système Triphasé
Puissance dans un Système Triphasé

Exercice : Puissance et Facteur de Puissance dans un régime Triphasé Puissance et Facteur de Puissance dans un régime Triphasé Contexte : L'optimisation énergétique d'une installation industrielle. Un moteur asynchrone triphasé, élément central de nombreuses chaînes...

Intégration de Résistances en Série et Parallèle
Intégration de Résistances en Série et Parallèle

Exercice : Intégration de Résistances en Série et Parallèle Intégration de Résistances en Série et Parallèle Contexte : L'analyse des circuits électriquesL'analyse de circuit est l'étude des lois qui régissent le comportement du courant et de la tension dans un réseau...

Étude de la Tension Efficace et Instantanée
Étude de la Tension Efficace et Instantanée

Exercice : Tension Efficace et Instantanée Étude de la Tension Efficace et Instantanée d'un Signal Sinusoïdal Contexte : Le réseau électrique domestique. Le courant électrique distribué dans nos maisons est un courant alternatif sinusoïdal. Comprendre ses...

Angle de phase dans un circuit R-L série
Angle de phase dans un circuit R-L série

Exercice : Angle de Phase dans un Circuit R-L Série Calcul de l'Angle de Phase dans un Circuit R-L Série Contexte : Le déphasageLe décalage angulaire entre deux ondes sinusoïdales de même fréquence, typiquement la tension et le courant dans un circuit AC. dans un...

Dimensionnement d’un système d’accumulateurs
Dimensionnement d’un système d’accumulateurs

Exercice : Dimensionnement d'un Système d'Accumulateurs Dimensionnement d’un Système d’Accumulateurs pour Site Isolé Contexte : Le stockage d'énergie est un pilier de la transition énergétique, en particulier pour l'électrification des sites non raccordés au réseau....

Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série
Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série

Exercice : Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Calcul de l'Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Contexte : Le circuit RLC série en régime sinusoïdal forcé. Les circuits RLC (Résistance, Inductance, Capacité) sont des piliers de l'électronique et...

Moteur à Courant Continu comme Actionneur
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Exercice : Moteur à Courant Continu comme Actionneur Étude d'un Moteur à Courant Continu comme Actionneur Contexte : L'utilisation d'un Moteur à Courant ContinuUn moteur qui convertit l'énergie électrique en courant continu en énergie mécanique de rotation. (MCC)...

Intensité et Puissance dans un Habitat
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Exercice : Intensité et Puissance dans un Habitat Calcul d'Intensité et de Puissance dans un Habitat Contexte : Le dimensionnement d'un circuit électrique dans une cuisine. Dans toute installation électrique domestique, il est crucial de bien dimensionner les circuits...

Analyse d’un Circuit en Série
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Analyse d’un Circuit en Série Analyse d’un Circuit en Série Contexte : L'analyse des circuits en sérieUn circuit où les composants sont connectés bout à bout, de sorte que le courant n'a qu'un seul chemin à suivre. est un concept fondamental en électrotechnique. Cet...

Application du Théorème de Thévenin
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Application du Théorème de Thévenin Application du Théorème de Thévenin Contexte : Le théorème de ThéveninPrincipe qui permet de simplifier n'importe quel circuit électrique linéaire en un générateur de tension idéal en série avec une résistance. est un outil...

Calcul de la performance d’un alternateur
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Exercice : Performance d'un Alternateur Triphasé Calcul de la Performance d'un Alternateur Triphasé Contexte : L'alternateur triphaséMachine électrique tournante qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous forme de courants alternatifs triphasés. est...

Système triphasé avec charges déséquilibrées
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Exercice : Système Triphasé Déséquilibré Analyse d'un Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Contexte : L'alimentation d'un petit atelier. Un atelier est alimenté par un réseau triphaséSystème de trois tensions alternatives de même fréquence, déphasées l'une par...

Compensation de l’énergie réactive
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Exercice : Compensation de l'Énergie Réactive Compensation de l'Énergie Réactive d'une Installation Industrielle Contexte : L'optimisation énergétique. Une installation industrielle, principalement composée de moteurs asynchrones, est connectée à un réseau triphasé...

Circuit RLC Série en Régime Alternatif
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Exercice : Circuit RLC Série en Régime Alternatif Analyse d'un Circuit RLC Série en Régime Alternatif Contexte : Le Circuit RLC SérieUn circuit composé d'une résistance (R), d'une bobine (L) et d'un condensateur (C) connectés en série, alimenté par une source de...

Analyse d’un Circuit Mixte
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