Rapport puissance/fréquence

[gregory97]

Bonjour,

J'habite aux Antilles et ici le courant est en 220v mais 60Hz (super pratique au passage...), du coup la plupart des gens ne trouvent pas d'appareil directement compatibles et sont soit obligé d'acheter un transformateur 60Hz->50Hz, soit branchent directement les appareils sur la prise.

La question que je me pose découle de ce raisonnement : on calcule la puissance en multipliant l'intensité par la tension, ça ok, mais ici les machines à laver tournent pourtant plus vite. 20%, à priori, correspondant à la différence de fréquence. Comment je le sais ? Hé bien les horloges de machines à laver (dont le rythme est probablement basé sur la fréquence électrique), sont tout le temps déréglées, elles fonctionnent trop vite.

Finalement ma question est : Comment est-ce possible que ces appareils fonctionnent plus vite alors que la fréquence n'entre pas en compte dans le calcul de puissance ?
Est-ce que le couple est proportionnellement moins important ?

Merci pour vos lumières
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[vincent66]

Bonsoir et bienvenue sur futura ?
Avez-vous déjà mesuré la valeur rms de l'intensité d'une machine sous 60Hz et comparé celle-ci avec la valeur nominale à 50Hz..?

Vincent

[gregory97]

Non, à vrai dire je ne suis pas un spécialiste.

[f6bes]

Bsr à toi,
Je serais fort étonné que les gens achétent un TRANSFORMATEUR pour 60hz ->vers 50 hz !
Un transofrmateur ne fait STRICTEMENT rien sur la fréquence !
Un trasnfo ça sert à "changer" de TENSION...pas la fréquence.er

Comment as tu vérifié que les Lave LInge tournent plus vite !!

Je sens du n'importe quoi dans tes affirmations.
Bon WE

[A voir en vidéo sur Futura]

[lpt1com2]

Je serais fort étonné que les gens achétent un TRANSFORMATEUR pour 60hz ->vers 50 hz !

Par transformateur il entend probablement un truc comme ça.
Et ça "transforme" effectivement la fréquence.

[annjy]

Par transformateur il entend probablement un truc comme ça.
Et ça "transforme" effectivement la fréquence.

Bonne pub pour un truc made in....
tu as vu les caractéristiques, motamment la puissance de sortie.....
je cite:

"Détails de l'objet
Type de sortie: Triple
Puissance de sortie: 1 - 200KW"

pour moins de 100 dollars.........

méfiance...

Cdlt,
JY

[lpt1com2]

Effectivement !
J'ai pris le premier qui venait. Soit il y a 2 zéros de trop, soit c'est 200W !!

[gregory97]

Oui ça transforme donc j'ai dit transformateur, pas de bol ce terme est déjà utilisé pour autre chose en électricité, mais je pense que ma question est tout de même claire.
Je pensais que le moteur tournait plus vite par rapport à l'horloge qui fonctionne trop vite et par rapport à ce que j'ai pu lire ici et là sur Internet, mais peut être que je me trompe et qu'un appareil 50Hz branché sur un courant 60Hz fonctionne à la même vitesse ?

[annjy]

Oui ça transforme donc j'ai dit transformateur, pas de bol ce terme est déjà utilisé pour autre chose en électricité, mais je pense que ma question est tout de même claire.
Je pensais que le moteur tournait plus vite par rapport à l'horloge qui fonctionne trop vite et par rapport à ce que j'ai pu lire ici et là sur Internet, mais peut être que je me trompe et qu'un appareil 50Hz branché sur un courant 60Hz fonctionne à la même vitesse ?

Eh bien, là, je poserais la question à un pro de l'EDF local....
il y en a peut être sur le forum ?

cdlt,
JY

[DAUDET78]

Tu as des moteurs qui tournent plus vite en 60 qu'en 50 (ventilateur par exemple)
Tu as des moteurs qui sont indépendants. Si ils sont pilotés par une électronique intelligente ( certain lave-linge par exemple)

[gregory97]

alors voilà, prenons l'exemple du ventilateur, il tourne plus vite en 60Hz d'après ce que tu dis, donc si on ne remet pas en question la formule du calcul de puissance, qu'est ce qui change ?

[DAUDET78]

Il tourne plus vite . En 50, 1500Tr/mn . En 60, 1800Tr/mn

[gregory97]

donc si la fréquence n'entre pas dans le calcul de la puissance, je suppose que c'est parce que les tours à 60 Hz ont moins de force ?

[DAUDET78]

La fréquence joue sur la puissance. En 50, 1500Tr/mn , en fait il y a un glissement de fréquence, donc c'est un peu moins
En 60, le moteur n'est pas optimisé. Donc ça tourne plus vite qu'en 50 ,mais de combien ?
Dument que ça souffle, quand il fait chaud, c'est ce qui compte !

[Zenertransil]

En fait en alimentant à 60Hz une machine prévue pour le 50Hz sous la même tension, on diminue son couple maximal... Pour rester général, SI la charge arrive à consommer plus de puissance mécanique (ça dépend de plein de choses...), c'est à dire le même couple pour une vitesse supérieure, alors la puissance active en entrée sera supérieure. Comme la tension est constante, cela se traduira par 1) une augmentation de la valeur efficace du courant, 2) une diminution du déphasage entre le courant et la tension alimentant chaque enroulement, 3) un mélange des deux, les deux conduisant à une augmentation de la puissance active.

Maîtriser ce genre de cas est moins évident qu'il n'y paraît et demande de bonnes bases, en physique et... En maths (nombres complexes). Il n'y a pas de réponse générale à apporter! Mais dans tous les cas, un moteur n'invente pas de puissance, s'il y a plus de puissance mécanique à la sortie, il y aura plus de puissance active (P=U.I.cos(phi) en sinusoïdal monophasé) à l'entrée, c'est une évidence. C'est à ma connaissance toujours le cas 3 qui se produit sur des machines correctes (pas un moteur de 20W), à savoir que le courant efficace augmente et se rapproche de la tension lorsque la charge augmente. Cela se démontre aisément.

La fréquence joue indirectement dans le calcul de la puissance en alternatif! Certes, S=UI (S est la puissance apparente, P est la puissance active et sa définition est donnée ci-dessus), mais que vaut I? I, il passe par des bobines (inductance magnétisante statorique, inductance de fuite rotorique), et une bobine, ça "résiste" d'autant plus au courant que la fréquence est élevée. Ce qui fait que I MAXIMUM (à rotor bloqué, à ne pas faire évidemment) sera d'autant plus petit que la fréquence est grande! Et de même (c'est lié indirectement), le couple MAXIMUM sera d'autant plus petit que la fréquence sera grande. Donc tu vois, la fréquence intervient... Indirectement!

C'est d'ailleurs, si ça t'intéresse, la raison des lois de commande scalaires des machines asynchrones, premières utilisées lors de la création des premiers variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones (qui sont universellement utilisés en industrie, car pas cher, très fiable et sans entretien). Ces lois sont appelés "U/f constant" : si on diminue la fréquence, on diminue la tension. Si on monte la fréquence, on monte la tension (jusqu'au maxi permis par le variateur). Ainsi, le profil de couple est le même quelle que soit la vitesse!

On lit parfois qu'on est en fonctionnement à couple constant jusqu'à la vitesse nominale du moteur, tant que la tension peut grimper, puis, lorsque la tension atteint son maximum (valeur nominale, pour la fréquence nominale), qu'on est à puissance constante. Or mes calculs et mes essais m'ont amené à penser qu'au contraire, la puissance n'est pas constante mais diminue linéairement avec l'augmentation de fréquence (vitesse) au-delà de la vitesse nominale, si on augmente pas la tension en conséquence. Curieux...

[gregory97]

Comme tu le disais cela nécessite un bagage math/physique/électronique qui serait plutôt un bagage à main pour ma part, mais ça sera l'occasion de découvrir de nouvelles choses
En tout cas, merci pour vos réponses.

[Zenertransil]

Quand on a la motivation (et encore plus grâce à internet), on peut parvenir à tout!

Pour une certaine tension U et un certain courant I, en alternatif sinusoïdal, on a une puissance dite apparente S (UxI). Mais cela ne suffit pas pour déterminer P : il faut tenir compte du déphasage, c'est à dire du décalage dans le temps du courant par rapport à la tension. Si les deux sont en phase (maximaux en même temps, minimaux en même temps, nuls en même temps), la puissance active est maximale : on a P = S = UxI. Cela se produit pour des appareils constitués de résistances pures : radiateurs électriques sans variateur électronique, éclairage halogène, chauffe-eau par exemple.

Mais il peut arriver que le courant ne soit pas en phase avec la tension, qui soit décalé d'une certaine valeur. Ce décalage s'appelle φ (lettre grecque "phi"). On peut raisonner en temps (exemple : I est en retard de 5ms sur U), mais il est bien plus pratique de raisonner en angle, car cela ne dépend plus de la fréquence! Je m'explique : ici, 5ms, cela correspond à 1/4 de la période (20ms à 50Hz, un peu moins à 60Hz chez toi!). Si on travaille à 1000Hz, ce même 1/4 de période représentera un temps 20 fois plus petit, 0,25ms! Pourtant, dans les deux cas, c'est 1/4 de la période, et ça implique exactement les mêmes choses. Donc on raisonne en angle : une période du secteur, c'est à dire un "motif" (l'onde, périodique, étant une suite de motifs tous identiques), c'est "un tour", donc 360°. 1/4 de période, c'est donc φ=90°... Que ce soit à 1Hz, 50Hz, 60Hz ou 1MHz!

Si le courant est décalé par rapport à la tension (angle φ différent de 0), alors la puissance active sera plus petite que la puissance apparente (qui vaut toujours U*I). Et si φ vaut 90°, dans un sens (en avance) ou dans l'autre (en retard), c'est pire : la puissance active est nulle! La puissance active, c'est celle qui nous intéresse, elle représente de la chaleur ou du travail (effort mécanique). On peut la voir ou la sentir, et c'est elle qu'on cherche à obtenir (pour chauffer une pièce, ou pour pomper de l'eau par exemple). Si tu branches un condensateur sur le secteur, que tu mets un ampèremètre, tu vas voir que le courant n'est pas nul. Prenons un condensateur de 100µF : 7,23 A vont circuler environ. Un radiateur qui consomme 7A, il chauffe vachement! (plus de 1600W). Pourtant le condensateur reste froid, et il ne bouge pas. Il y a du courant, de la tension, mais aucune puissance active. Et pour cause : le courant est en avance de 90° sur la tension (φ=+90°)! On dit que courant et tension sont en quadrature (car 90°, c'est... Un angle droit, en géométrie)!

Pour une bobine, c'est pareil, sauf que le courant est en retard sur la tension (φ=-90°). Pas de puissance active, malgré le courant et la tension! Dans les deux cas, cet échange d'énergie dont la valeur moyenne est nulle (puisqu'on ne récupère rien) se nomme "puissance réactive".



Tu entendras souvent parler d'une valeur qu'on appelle Cos(φ), ou Cos(phi). C'est donc le cosinus (fonction mathématique qui vaut 1 pour φ=0, 0 pour φ=90°, avec des valeurs intermédiaires évidemment) du déphasage du courant et de la tension. On a vu que seule la puissance active servait à quelque chose. Mais la puissance réactive entraîne la circulation d'un courant, qui crée des pertes! Donc l'idéal, c'est d'en avoir très peu, et de n'avoir presque de la puissance active (S à peine plus grande que P). S=UxI, P=U.I.cos(φ), donc P/S = cos(φ)! Cette valeur cos(φ), appelée facteur de puissance quand le courant est sinusoïdal, correspond à la proportion de puissance active par rapport au total! L'idéal, c'est qu'elle soit égale à 1!


Bonne lecture, et bonne journée! On est pas directement dans le sujet initial, mais comme ça a l'air de t'intéresser...