Clarification de Terminologique en Électrotechnique

[yvon l]

Clarification de Terminologique en Électrotechnique

​Proposition :

​A mon avis, il serait impératif de remplacer le terme ambigu "énergie réactive" par l'expression plus précise "transfert d'énergie réactive" pour toute communication technique ou pédagogique.

​Justification :

​Cette modification terminologique permet de lever la confusion fondamentale entre la consommation réelle d'énergie et l'échange temporaire d'énergie nécessaire au fonctionnement des systèmes alternatifs.

• ​Le transfert actif est l'énergie qui entre ou sort définitivement du système (bilan périodique non nul) pour y être convertie en travail (chaleur, mouvement, lumière).

• ​Le transfert réactif est un échange périodique (va-et-vient) d'énergie entre au moins deux formes ( potentielle/cinétique, champs magnétique/électrique, mécanique/électrique) au sein du système, avec un bilan périodique nul. Il ne s'agit donc pas d'une consommation, mais d'un simple mouvement requis pour permettre le bon fonctionnement du transfert actif.

​:Pensez-vous que cette précision, qui souligne la nature d'échange plutôt que de consommation, est-elle la clé pour une meilleure compréhension des concepts de puissance en régime alternatif, et devrait-elle être adoptée comme norme didactique ?

​Pour illustrer la nécessité d'adopter le terme "transfert d'énergie réactive", considérons deux exemples où l'abus de langage mène à la confusion :

​Cas des Machines Synchrones en Parallèle

​Quand deux machines synchrones sont raccordées en parallèle et échangent de l'énergie :
L'expression courante selon laquelle une machine "envoie de l'énergie réactive" (par abus de langage pour dire qu'elle a un comportement capacitif vis-à-vis du réseau) et l'autre "en reçoit" (comportement inductif) est trompeuse. Elle donne l'impression d'une consommation ou d'une perte d'énergie, alors qu'il s'agit d'un va-et-vient essentiel au maintien du champ magnétique, un phénomène dont le bilan sur une période est nul.

De même qu'en mécanique, on ne dit pas que le pendule "consomme de l'énergie potentielle", mais qu'il y a un transfert périodique et conservatif entre l'énergie potentielle et l'énergie cinétique, nous devrions dire en électricité qu'il y a un transfert périodique et conservatif (transfert d'énergie réactive) entre 2 formes d’énergie. L'énergie réactive n'est pas une "fourniture" ou une "consommation", mais un échange dynamique.
Dans un circuit LC, c’est un échange oscillant entre énergie du champ L et du champ C.
Dans la machine synchrones c’est un échange oscillant entre énergie mécanique (variations oscillantes du couple)et l’énergie électrique). C’est un transfert réactif ” mécano électrique ”
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[gts2]

Bonjour,

Sans répondre précisément à la question, les problèmes de vocabulaire sont très difficile à faire évoluer.
En électricité, le problème bien connu de la distinction inductance/bobine, capacité/condensateur, les diverses tentatives pour la résistance ont toutes échouées.
En thermo, il y a eu une tentative de "mise à l'index" de la chaleur (trop polysémique) en remplaçant par transfert thermique (on retombe sur les problèmes de transfert), mais à ce que je crois, cela reste cantonner à un milieu restreint.

[Nekama]

Plutôt que de dire que l'énergie réactive est un transfert d'énergie active, je dirais que l'énergie réactive correspond à un stockage d'énergie qui va s'accompagner d'une temporisation.
Ce stockage peut se faire dans une inductance (une des propriété d'une bobine) ce qui temporise la montée en courant, ou dans une capacité (une des propriété d'un condensateur) ce qui temporise la montée en tension.
Dans certaines conditions, on peut avoir un transfert d'énergie active entre une inductance et une capacité. La puissance transférée peut être supérieure à la consommation d'énergie active.

Mais je ne sais pas si on y gagne beaucoup au niveau pédagogique (?).

[yvon l]

Bonjour,

Sans répondre précisément à la question, les problèmes de vocabulaire sont très difficile à faire évoluer.
En électricité, le problème bien connu de la distinction inductance/bobine, capacité/condensateur, les diverses tentatives pour la résistance ont toutes échouées.

(reponse reformulée par l’Ia) L'échec de la clarification terminologique (par exemple, distinguer rigoureusement "énergie réactive" de "transfert d'énergie réactive") est amplifié par la tendance à ignorer la nature électromécanique des systèmes réels comme les machines synchrones. ​Dans les circuits passifs (LC), le transfert réactif est purement électrique (échange L C). ​Dans les machines synchrones, le transfert réactif est un échange dynamique et périodique qui engage l'énergie cinétique mécanique du rotor et l'énergie magnétique des champs. ​L'omission de cette composante mécanique (moment d'inertie) dans la description du transfert réactif fait perdre de vue sa nature véritable d'échange conservatif (bilan nul) : le transfert réactif est la pulsation d'énergie qui se manifeste mécaniquement par des vibrations de couple, et non une simple propriété statique (comme l'inductance) ou une consommation (comme l'énergie active). ​En ignorant la physique complète de la machine tournante, la distinction entre les termes perd de son fondement physique rigoureux, ce qui entrave toute réforme terminologique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[polo974]

Stop à l'ia qui raconte nawak, car de l'énergie réactive, on en a aussi sans machine tournante.

Ensuite, vouloir parler de "transfert d'énergie réactive" pour éviter de dire qu'une machine "envoie/reçoit de l'énergie réactive", franchement, vu que transfert sous-entend implicitement émetteur/récepteur et donc envoyer/reçevoir, ça ne clarifie rien.

Il vaut mieux parler du signe de la phase courant/tension. Le gros problème, en fait, c'est que le cos phi, il fait trop oublier le sinus...

[jiherve]

bonjour,
mauvaise saison pour les diptères!
JR

[Nekama]

L'énergie réactive n'est pas qu'un problème de cos(phi) et n'est même pas nécessairement un problème tout court.

J'ai développé dans ma jeunesse un transformateur haute tension haute fréquence qui avait un rapport n1/n2 de l'ordre de 100 mais qui générait 10 kV pk à partir de 12 V dc. L'astuce était simplement de générer une résonance entre la capacité parasite du secondaire et une inductance mis en série avec le transfo. En terme de transfert d'énergie, L et C jouaient au ping-pong pour permettre à la charge au secondaire du transfo de se gaver sur C. En plus on avait un filtre et le signal de sortie était parfaitement sinusoïdal.

Au final j'avais 2 kVA pour transférer 300 W mais on s'en fout tant que les pertes ne sont pas excessives.
Elles auraient été plus grandes avec un transfo "règlementaire" au cos(phi) de 0,95 à cause de toutes les harmoniques à gérer.

[yvon l]

L'énergie réactive n'est pas qu'un problème de cos(phi) et n'est même pas nécessairement un problème tout court.

J'ai développé dans ma jeunesse un transformateur haute tension haute fréquence qui avait un rapport n1/n2 de l'ordre de 100 mais qui générait 10 kV pk à partir de 12 V dc. L'astuce était simplement de générer une résonance entre la capacité parasite du secondaire et une inductance mis en série avec le transfo. En terme de transfert d'énergie, L et C jouaient au ping-pong pour permettre à la charge au secondaire du transfo de se gaver sur C. En plus on avait un filtre et le signal de sortie était parfaitement sinusoïdal.

Au final j'avais 2 kVA pour transférer 300 W mais on s'en fout tant que les pertes ne sont pas excessives.
Elles auraient été plus grandes avec un transfo "règlementaire" au cos(phi) de 0,95 à cause de toutes les harmoniques à gérer.

C’ est ce que on faisait avec une bobine d allumage de bougie : le condensateur était en parallèle avec le rupteur .

[jiherve]

bonsoir
le condensateur sur les bobines d'allumage était là pour supprimer/atténuer les parasites radiofréquences.
JR

[yvon l]

bonsoir
le condensateur sur les bobines d'allumage était là pour supprimer/atténuer les parasites radiofréquences.
JR

Bonsoir,
Non, ce n’est pas son rôle principal.
Le condensateur forme avec la bobine un circuit oscillant. L’énergie magnétique accumulée quand le rupteur est fermé sous la source de 12V devient le siège d’un transfert périodique ( L et C se retrouvent en parallèle) lorsque le rupteur s’ouvre. L’énergie est transférée vers le condensateur. 5 a 10 oscillations à la fréquences de l’ordre de 50khz (Capacité du C calculé pour). C’est bien un transfert de type réactif accompagné d’un transfert actif thermique et rayonnant dans l’étincelle (amortissement)

[stefjm]

bonjour,
mauvaise saison pour les diptères!
JR

Pas d'accord.
Ce qui se conçoit bien s’énonce clairement.

Et dans certains cours, il y a même des échanges de puissance, plutôt que d'énergie.

[jiherve]

bonjour
la capa fait environ 270nf et la bobine entre 5mH et 10mH de là à obtenir 50kHz il y a de la marge!
JR

[yvon l]

bonjour
la capa fait environ 270nf et la bobine entre 5mH et 10mH de là à obtenir 50kHz il y a de la marge!
JR

Bonjour,
OK, frequence un peu grande, mais ça ne change rien du point de vue raisonnement.

Mais si on en revenait sur le sujet du fil...

[stefjm]

En tout cas, c'est toujours mieux que ce qu'on peut lire habituellement dans les livres, voir lire ici-même.
Du genre : Seul V.I.cos phi est physique, V.I.sin phi est un truc de calcul pô physique, etc...
(remplacer V et I par les grandeurs qui vont bien)

La puissance réactive est le chiffre d'affaire et la puissance active le bénéfice.
Je dois être le seul à faire mes comptes en complexe.

[yvon l]

Bonjour,
Pour en venir au cas plus général, la double dérivation est la signature mathématique qui permet une réponse oscillatoire (si l'amortissement est faible), caractérisant la possibilité d'un échange périodique entre deux formes d'énergie. ​Par conséquent, il est impossible d'avoir un phénomène réactif (un échange périodique d'énergie) sans un système capable d'exprimer cette oscillation, ce qui nécessite mathématiquement un ordre minimal de 2 (double dérivation). Ceci est peu souligné dans ’’étude des systèmes.
Qu’en pensez-vous.

[stefjm]

Bonjour,
J'en pense que ce que tu dis est vrai et que je l'enseigne comme cela depuis bien longtemps.

En utilisant les projections fréquentielles des signaux, plutôt que leur projections temporelles, les deux pôles caractéristiques d'un tel système sont et la fonction de transfert pour modéliser :

[yvon l]

Bonjour,
J'en pense que ce que tu dis est vrai et que je l'enseigne comme cela depuis bien longtemps.

C’est toi d’ailleurs qui m’avait mis la puce à l’oreille il y a déjà quelque temps

[yvon l]

Re bonjour Stefjm.
Voici une reformulation par ’IA d’une question qui montre le lien entre la représentation mathématique et le comportement mécanique d’une machine synchrone (on retrouve bien dans le plan complexe avec 2 vecteurs tournant en sens inverse)

Vous avez articulé une explication très avancée. En voici une reformulation synthétique, se concentrant sur le rôle de l'oscillation et des deux vecteurs tournant en sens inverse, qui est la signature physique du transfert réactif en machine synchrone. ​Le Transfert Réactif : Signature de l'Oscillation et du Second Ordre. ​Le Transfert d'Énergie Réactive dans une machine synchrone est un phénomène de second ordre car il est la manifestation d'un échange énergétique périodique conservatif, sans bilan de travail net. ​Cette dynamique se modélise mécaniquement par l'Accélération Angulaire , le terme de second ordre, qui se distingue de la Vitesse Angulaire , le terme de premier ordre associé au travail utile (actif). ​Le Rôle des Vecteurs Tournants. ​Le Couple Oscillant — qui matérialise le transfert réactif et ne produit pas de travail utile — correspond physiquement à l'oscillation résultant de la composition de deux vecteurs de couple tournant en sens inverse dans le plan. ​La somme de ces deux vecteurs crée une résultante qui oscille le long de l'axe, démontrant l'échange d'énergie périodique entre : ​l'énergie cinétique du rotor, ​l'énergie magnétique des champs, ​l'énergie électrique du stator. ​Ce comportement oscillatoire (ordre 2) est mathématiquement déphasé de 90^\circ par rapport au couple et à la vitesse moyenne (ordre 1). C'est ce déphasage qui est la signature du transfert réactif et qui justifie qu'il soit lié au second ordre.

[stefjm]

J'ai un énorme doute sur le couple oscillant.
Une machine synchrone triphasé a un couple constant en sinus de l'angle entre sa fem et sa tension d'alimentation (modèle simple de Behn Echenbourg).
Angle nul : à vide
Entre -pi/2 et +pi/2 en charge générateur ou moteur
Au delà : décrochage.

[yvon l]

J'ai un énorme doute sur le couple oscillant.
Une machine synchrone triphasé a un couple constant en sinus de l'angle entre sa fem et sa tension d'alimentation (modèle simple de Behn Echenbourg).
Angle nul : à vide

Entre -pi/2 et +pi/2 en charge générateur ou moteur
Oui, idem du point de vue mécanique , les 2 champs ont un déphasage nul à vide. Et cela correspond au cos phi de 0, cad a une puissance active nulle. Tout le transfert est réactif et tend à faire osciller le rotor. Ceci est un problème des machines synchrones (cage de foucault d d'amortissement). Ceci est problématique aussi pour les moteurs pas à pas qui peuvent décrocher quand on passe à des vitesses correspondant à une résonance mécanique.

[yvon l]

A oui, j’oubliais . Si on peut considérer que le I et le couple sont en phase, il ne faut pas oublier que la Fem et la vitesse sont déphasée de 90° (e = d phi/dt) . Risque de confusion entre les représentations mécaniques et électriques du transfert. . A vide par exemple, le phi mécanique entre les champs vaut 0 (pas de puissance active) et le phi électrique entre U et I vaut 90°.

[yvon l]

Dans les machines synchrones le réactif est réglable avec le courant d’exitation . Par contre pour les moteurs pas à pas et les moteurs sans balais ce n’est pas le cas . C’est la commande électronique qui est responsable du réglage du réactif. Par exemple pour les moteurs pas à pas en augmentant le I injecté dans les bobines (c est une source de courant électronique). On augmente la puissance active disponible, mais également les transferts réactif. Bref un courant I donné se divise en un courant actif et un courant réactif dans les bobines. (La tension augmente avec la vitesse pour s’ajuster à la fcem).