Application du Théorème de Thévenin

Application du Théorème de Thévenin en Électrotechnique

Application du Théorème de Thévenin

Comprendre l'Application du Théorème de Thévenin

Le théorème de Thévenin est un outil d'analyse de circuit extrêmement puissant en électrotechnique. Il stipule que n'importe quelle partie d'un circuit linéaire, vue depuis deux bornes, peut être remplacée par un circuit équivalent simple composé d'une seule source de tension idéale (\(V_{th}\)) en série avec une seule résistance équivalente (\(R_{th}\)). Cette simplification radicale permet d'analyser facilement l'effet du circuit sur une charge connectée à ses bornes, sans avoir à résoudre l'ensemble du circuit complexe à chaque fois que la charge change.

Données de l'étude

On souhaite déterminer le courant \(I_L\) qui traverse la résistance de charge \(R_L\) dans le circuit ci-dessous, en utilisant le théorème de Thévenin.

Caractéristiques du circuit :

  • Source de tension (\(V_S\)) : 48 V
  • Résistance \(R_1\) : 12 Ω
  • Résistance \(R_2\) : 6 Ω
  • Résistance \(R_3\) : 4 Ω
  • Résistance de charge (\(R_L\)) : 10 Ω
Schéma du Circuit Initial
+ - Vs = 48V R₁ = 12Ω R₂ = 6Ω R₃ = 4Ω R_L = 10Ω I_L A B

Questions à traiter

  1. Déterminer la tension de Thévenin (\(V_{th}\)) aux bornes A et B.
  2. Déterminer la résistance de Thévenin (\(R_{th}\)) vue depuis les bornes A et B.
  3. Dessiner le circuit équivalent de Thévenin avec la charge \(R_L\) connectée.
  4. Calculer le courant (\(I_L\)) traversant la résistance de charge \(R_L\).

Correction : Application du Théorème de Thévenin

Question 1 : Tension de Thévenin (\(V_{th}\))

Principe :

La tension de Thévenin est la tension mesurée à vide entre les bornes A et B, c'est-à-dire après avoir retiré la résistance de charge \(R_L\). Dans ce cas, \(V_{th}\) est égale à la tension aux bornes de la résistance \(R_3\), car aucun courant ne circule dans cette branche à vide, donc la tension en A est la même que celle aux bornes de R2.

Le circuit se simplifie en un diviseur de tension formé par \(R_1\) et \(R_2\). \(V_{th}\) est la tension aux bornes de \(R_2\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V_{\text{diviseur}} = V_{\text{source}} \times \frac{R_{\text{cible}}}{R_{\text{totale}}} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{th} &= V_{R2} \\ &= V_S \times \frac{R_2}{R_1 + R_2} \\ &= 48 \, \text{V} \times \frac{6 \, \Omega}{12 \, \Omega + 6 \, \Omega} \\ &= 48 \, \text{V} \times \frac{6}{18} \\ &= 16 \, \text{V} \end{aligned} \]

Comme il n'y a pas de courant dans \(R_3\) (circuit ouvert en A-B), il n'y a pas de chute de tension à ses bornes. La tension au point A est donc la même que la tension aux bornes de \(R_2\).

Résultat Question 1 : La tension de Thévenin est 16 V.

Question 2 : Résistance de Thévenin (\(R_{th}\))

Principe :

La résistance de Thévenin est la résistance équivalente vue depuis les bornes A et B après avoir "éteint" les sources indépendantes. Pour une source de tension, cela signifie la remplacer par un court-circuit (un fil). Les résistances \(R_1\) et \(R_2\) se retrouvent alors en parallèle, et ce groupement est en série avec \(R_3\).

Calcul :

D'abord, la résistance équivalente de \(R_1\) et \(R_2\) en parallèle :

\[ \begin{aligned} R_{12} &= \frac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2} \\ &= \frac{12 \, \Omega \times 6 \, \Omega}{12 \, \Omega + 6 \, \Omega} \\ &= \frac{72}{18} \, \Omega = 4 \, \Omega \end{aligned} \]

Ensuite, on ajoute \(R_3\) en série :

\[ \begin{aligned} R_{th} &= R_{12} + R_3 \\ &= 4 \, \Omega + 4 \, \Omega \\ &= 8 \, \Omega \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La résistance de Thévenin est 8 Ω.

Question 3 : Circuit Équivalent de Thévenin

Principe :

On remplace tout le circuit à gauche des bornes A et B par son équivalent de Thévenin : une source de tension \(V_{th}\) en série avec une résistance \(R_{th}\). On reconnecte ensuite la charge \(R_L\) à ces bornes.

Schéma du Circuit Équivalent
+ - Vth = 16V Rth = 8Ω R_L = 10Ω A B I_L

Question 4 : Courant dans la Charge (\(I_L\))

Principe :

Grâce au circuit équivalent, le calcul du courant de charge devient une simple application de la loi d'Ohm à un circuit série composé de \(V_{th}\), \(R_{th}\) et \(R_L\).

Calcul :
\[ \begin{aligned} I_L &= \frac{V_{th}}{R_{th} + R_L} \\ &= \frac{16 \, \text{V}}{8 \, \Omega + 10 \, \Omega} \\ &= \frac{16 \, \text{V}}{18 \, \Omega} \\ &\approx 0.89 \, \text{A} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le courant traversant la charge \(R_L\) est d'environ 0.89 A.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Pour calculer la tension de Thévenin, on...

2. Pour calculer la résistance de Thévenin, une source de tension idéale doit être...

3. L'avantage principal du théorème de Thévenin est de...


Glossaire

Théorème de Thévenin
Principe fondamental de l'analyse des circuits qui permet de remplacer n'importe quel circuit linéaire complexe par un générateur de tension équivalent simple.
Circuit Équivalent de Thévenin
Le circuit de remplacement, composé d'une source de tension idéale unique (\(V_{th}\)) en série avec une résistance unique (\(R_{th}\)).
Tension de Thévenin (\(V_{th}\))
Tension mesurée aux bornes du circuit (où la charge serait connectée) lorsque celui-ci est à vide (charge déconnectée).
Résistance de Thévenin (\(R_{th}\))
Résistance équivalente mesurée aux bornes du circuit (charge déconnectée) après avoir annulé toutes les sources d'énergie indépendantes (sources de tension court-circuitées, sources de courant ouvertes).
Diviseur de Tension
Configuration de circuit simple avec deux ou plusieurs résistances en série, qui permet de diviser une tension source en tensions plus petites aux bornes de chaque résistance.
Application du Théorème de Thévenin

D’autres exercices d’electrotechnique:

Analyse d’un circuit d’alimentation électrique
Analyse d’un circuit d’alimentation électrique

Analyse d’un Circuit d’Alimentation Électrique Analyse d’un Circuit d’Alimentation Électrique Triphasé Contexte : L'alimentation d'un petit atelier. Un atelier est alimenté par un réseau triphaséSystème de trois courants alternatifs de même fréquence et de même...

Puissance dans un Système Générateur-Charge
Puissance dans un Système Générateur-Charge

Exercice : Puissance dans un Système Générateur-Charge Calcul de Puissance dans un Système Générateur-Charge Contexte : L'optimisation du transfert de puissance électriqueLa quantité d'énergie électrique transférée par unité de temps. Son unité est le Watt (W).. En...

Système Triphasé à Charges Équilibrées
Système Triphasé à Charges Équilibrées

Exercice : Système Triphasé Équilibré Système Triphasé à Charges Équilibrées Contexte : Le système triphasé équilibréUn système de trois tensions alternatives de même fréquence et de même amplitude, mais déphasées de 120° les unes par rapport aux autres. C'est le mode...

Système triphasé avec charges déséquilibrées
Système triphasé avec charges déséquilibrées

Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Comprendre l'Analyse d’un Système Triphasé Déséquilibré Alors que les systèmes équilibrés permettent des calculs simplifiés, la plupart des installations réelles présentent un...

Calcul de la performance d’un alternateur
Calcul de la performance d’un alternateur

Calcul de la Performance d’un Alternateur Calcul de la Performance d'un Alternateur Comprendre l'Analyse de la Performance d'un Alternateur Un alternateur, ou générateur synchrone, est une machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous...

Compensation de l’énergie réactive
Compensation de l’énergie réactive

Compensation de l’Énergie Réactive Compensation de l’Énergie Réactive Comprendre la Compensation de l’Énergie Réactive La plupart des charges industrielles (moteurs, transformateurs) sont inductives et consomment de l'énergie réactive, en plus de l'énergie active qui...

Circuit RLC Série en Régime Alternatif
Circuit RLC Série en Régime Alternatif

Circuit RLC Série en Régime Alternatif Circuit RLC Série en Régime Alternatif Comprendre l'Analyse d’un Circuit RLC Série Le circuit RLC série est un circuit fondamental en électrotechnique, composé d'une résistance (R), d'une bobine (inductance L) et d'un...

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

Analyse d’un Système Triphasé Analyse d’un Système Triphasé Comprendre l'Analyse d’un Système Triphasé Les systèmes triphasés constituent l'épine dorsale de la production, du transport et de la distribution de l'énergie électrique dans le monde. Leur principal...

Analyse d’un Circuit Mixte
Analyse d’un Circuit Mixte

Analyse d’un Circuit Mixte Analyse d’un Circuit Mixte Comprendre l'Analyse d’un Circuit Mixte Un circuit mixte est un circuit électrique qui comporte à la fois des composants montés en série et des composants montés en parallèle. L'analyse de ces circuits est une...

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

Autonomie d’un système alimenté par batterie Autonomie d’un système alimenté par batterie Calculer l'autonomie d'un système alimenté par une batterie en fonction de la capacité de la batterie et de la consommation de la charge. L'autonomie d'un système alimenté par...

Circuit monophasé R–L
Circuit monophasé R–L

Circuit Monophasé R-L Circuit Monophasé R-L Analyser un circuit R-L série en courant alternatif monophasé pour déterminer son impédance, le courant, les tensions et les puissances. Les circuits R-L (Résistance-Inductance) sont fondamentaux en électrotechnique. En...

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

Analyse de Puissance dans un Transformateur Analyse de Puissance dans un Transformateur Calculer le rapport de transformation, les tensions, les courants et les puissances d'un transformateur monophasé. Les transformateurs sont des dispositifs électriques essentiels...

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

Chute de Tension dans un Système Triphasé Chute de Tension dans un Système Triphasé Calculer la chute de tension dans une ligne triphasée et la tension aux bornes d'un récepteur. Lors du transport de l'énergie électrique sur une ligne, une partie de la tension est...

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

Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Analyser un circuit R-L série alimenté en courant alternatif sinusoïdal et calculer ses grandeurs caractéristiques. Les circuits R-L (Résistance - Inductance) sont fondamentaux en...

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

Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff Analyser un circuit électrique simple en courant continu en utilisant la loi d'Ohm et les lois de Kirchhoff pour déterminer les courants et les tensions. L'analyse...

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

Analyse d'une Baisse de Tension Analyse d'une Baisse de Tension Calculer la baisse de tension dans une ligne alimentant une charge en courant alternatif monophasé et évaluer si elle est acceptable. La baisse de tension (ou chute de tension) dans une ligne électrique...

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques
Gestion Énergétique des Moteurs Électriques

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Calculer les différentes puissances, le rendement et la consommation énergétique d'un moteur électrique asynchrone triphasé. La gestion énergétique des moteurs électriques est...

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

Calcul du Rendement d’un Alternateur Calcul du Rendement d’un Alternateur Déterminer le rendement d'un alternateur en connaissant ses puissances et ses pertes. Le rendement (\(\eta\)) d'un alternateur, comme pour toute machine énergétique, est le rapport entre la...

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

Calcul de la Résistance Équivalente Totale Calcul de la Résistance Équivalente Totale Calculer la résistance équivalente d'un groupement mixte de résistances et le courant total dans le circuit. En électrotechnique, les circuits sont souvent composés de plusieurs...

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

Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur Déterminer la vitesse de rotation d'un alternateur en fonction de la fréquence du réseau et de son nombre de pôles. Un alternateur est une machine électrique qui...

Comportement Temporel du Courant
Comportement Temporel du Courant

Comportement Temporel du Courant Comportement Temporel du Courant Analyser la charge d'un condensateur à travers une résistance et calculer les grandeurs caractéristiques. Lorsqu'un condensateur initialement déchargé est connecté à une source de tension continue \(E\)...

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

Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant Comprendre et calculer la valeur efficace d'un courant alternatif sinusoïdal et son lien avec la puissance dissipée. En régime alternatif sinusoïdal, le courant électrique varie...

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

Calcul de la Puissance Active P Calcul de la Puissance Active P Calculer les différentes puissances (active, réactive, apparente) et le facteur de puissance d'un appareil monophasé. En régime sinusoïdal monophasé, un récepteur électrique est caractérisé par la tension...

Puissance dans un Système Triphasé
Puissance dans un Système Triphasé

Puissance dans un Système Triphasé Puissance dans un Système Triphasé Calculer les différentes puissances et le courant de ligne pour un moteur triphasé équilibré. Les systèmes triphasés sont largement utilisés pour la production, le transport et la distribution de...

Analyse de Réactance pour la Maintenance
Analyse de Réactance pour la Maintenance

Analyse de Réactance pour la Maintenance Analyse de Réactance pour la Maintenance Calculer l'impédance et la réactance d'un moteur pour diagnostiquer un éventuel défaut. En régime sinusoïdal, les bobinages des moteurs électriques présentent une résistance \(R\) et une...

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

Étude de la Tension Efficace et Instantanée Étude de la Tension Efficace et Instantanée Comprendre et calculer les grandeurs caractéristiques d'une tension alternative sinusoïdale. En électrotechnique, de nombreux systèmes sont alimentés par des tensions alternatives...

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

Intégration de Résistances en Série et Parallèle Intégration de Résistances en Série et Parallèle Calculer la résistance équivalente d'un groupement de résistances en série et en parallèle. En électrotechnique, il est fréquent de rencontrer des circuits où plusieurs...

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

Angle de phase dans un circuit R-L série Angle de phase dans un circuit R-L série Calculer l'impédance, le courant et le déphasage dans un circuit R-L série alimenté en régime sinusoïdal. Un circuit R-L série est constitué d'une résistance \(R\) et d'une bobine...

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

Dimensionnement d’un Système d’Accumulateurs Dimensionnement d’un Système d’Accumulateurs Calculer la capacité et le nombre de batteries nécessaires pour alimenter un système isolé. Le dimensionnement correct d'un parc d'accumulateurs est crucial pour assurer...

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

Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Comprendre et calculer les caractéristiques d'un circuit RLC série en régime sinusoïdal forcé. Un circuit RLC série est constitué d'une résistance \(R\), d'une bobine...

Analyse d’un circuit d’alimentation électrique
Analyse d’un circuit d’alimentation électrique

Analyse d’un Circuit d’Alimentation Électrique Analyse d’un Circuit d’Alimentation Électrique Triphasé Contexte : L'alimentation d'un petit atelier. Un atelier est alimenté par un réseau triphaséSystème de trois courants alternatifs de même fréquence et de même...

Puissance dans un Système Générateur-Charge
Puissance dans un Système Générateur-Charge

Exercice : Puissance dans un Système Générateur-Charge Calcul de Puissance dans un Système Générateur-Charge Contexte : L'optimisation du transfert de puissance électriqueLa quantité d'énergie électrique transférée par unité de temps. Son unité est le Watt (W).. En...

Système Triphasé à Charges Équilibrées
Système Triphasé à Charges Équilibrées

Exercice : Système Triphasé Équilibré Système Triphasé à Charges Équilibrées Contexte : Le système triphasé équilibréUn système de trois tensions alternatives de même fréquence et de même amplitude, mais déphasées de 120° les unes par rapport aux autres. C'est le mode...

Système triphasé avec charges déséquilibrées
Système triphasé avec charges déséquilibrées

Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Comprendre l'Analyse d’un Système Triphasé Déséquilibré Alors que les systèmes équilibrés permettent des calculs simplifiés, la plupart des installations réelles présentent un...

Calcul de la performance d’un alternateur
Calcul de la performance d’un alternateur

Calcul de la Performance d’un Alternateur Calcul de la Performance d'un Alternateur Comprendre l'Analyse de la Performance d'un Alternateur Un alternateur, ou générateur synchrone, est une machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous...

Compensation de l’énergie réactive
Compensation de l’énergie réactive

Compensation de l’Énergie Réactive Compensation de l’Énergie Réactive Comprendre la Compensation de l’Énergie Réactive La plupart des charges industrielles (moteurs, transformateurs) sont inductives et consomment de l'énergie réactive, en plus de l'énergie active qui...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *