TP lectricit : Mtrologie 1

TP1:Mtrologie

I Avertissement

Les pince ampremtriques ne sont pas des castagnettes. Les pices mobiles sont fragiles. Pensez-y !

Llectricit est dangereuse. Tout comportement dviant verra lexclusion du TP de ltudiant concern.

En fin de TP les fils seront rangs par longueur et par couleur sur les supports prvus. Ne pas sortir les feuilles des classeurs.

II But du TP

Apprhender les mesures de tension, courant et puissance. Dcouvrir ou se remmorer les caractristiques et lutilisation des appareils de mesure de ces grandeurs.

III Manipulations

III.1 Branchement dun voltmtre

III.1.1 Rappels

Une tension se mesure laide dun voltmtre. Un voltmtre prsente en thorie une rsistance infinie. En pratique il prsente une rsistance finie : 10 M pour les voltmtres numriques et quelques centaines de k pour les voltmtres aiguille. On connectera toujours un voltmtre en parallle

230 V V

I = 0A

=R infinie

Figure 1 :Exemple de branchement dun voltmtre

III.2 Remarques sur les appareils aiguilles.

III.2.1 Leur fonctionnement

Un appareil aiguille peut tre compar une bobine gnrant un champ magntique proportionnel lintensit la traversant. Si on fixe une aiguille traverse par un axe sur un aimant, lui-mme attir de faon proportionnelle au champ magntique (donc au courant), on a ainsi constitu un appareil de mesure, laiguille dviant proportionnellement au courant traversant la bobine.

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Figure 2 : Fonctionnement dun appareil aiguille

Il ne faudrait pas croire que les appareils aiguilles soient dmods : ils prsentent en effet beaucoup davantages :

Pas dalimentations ce qui peut tre utile dans des lieux peu visits (armoires techniques etc.)

Lisibilits accrues par rapport aux afficheurs cristaux liquides : le temps de raction dun oprateur est beaucoup plus rapide sur une aiguille en bute et une surveillance globale de plusieurs appareils aiguilles en est grandement facilite.

III.3 Mesure dune tension grce un voltmtre aiguille Votre appareil se prsente sous la forme suivante :

Figure 3 : Voltmtre

Image 1 : Voltmtre

Examiner le voltmtre et dterminer si lappareil doit tre lu en position verticale ou

horizontale.

Horizontale Verticale

Figure 4 :Position

Image 2:Position

0 250

200 150

100

1,5

1

Appareil utilisable en alternatif

Appareil utilisable Verticalement

Tension de claquage de lappareil

Classe de lappareil

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Noubliez pas que lon a affaire un systme mcanique qui a t quilibr pour une position prcise

Dterminer si lappareil mesure du continu = ou de lalternatif ou les deux. Dterminer la technologie de lappareil :

Magntolectrique Ferromagntiques

Figure 5 : Technologie et classe

Image 3:Technologie et classe

Le ferromagntique prsente lavantage de donner la valeur efficace dun signal

=T

dttvT

Veff0

2)(1

mme si celui ci nest pas sinusodal.

Ne pas confondre avec la valeur moyenne =T

dttvT

Vmoy0

)(1

Ici v(t) 230 2.sin( t)= car Veff . 2 Vcrete= pour un signal sinusodal Vmoy est nulle pour un signal sinusodal. Veff reprsente laction quaurait une mme tension ou courant continu : Si on

alimentait un radiateur avec une alimentation continue de 230V ce radiateur chaufferait autant que si on lalimentait sous une tension sinusodale de 230V efficace !!

Dterminer la classe de lappareil. Cest le chiffre au-dessus de lindicateur de position de lecture. Il donne la prcision de lappareil : pour chaque mesure, lincertitude

absolue est donne par classe x calibre

100. Cette incertitude est constante pour un calibre

donn. Sur la figure du voltmtre Figure 3 , la classe de lappareil est de 1,5.Le calibre est de

250V et laiguille sarrte sur 150 V.Lincertitude absolue est donne par

Vx

75,3100

5,1250 = .Nous lirons donc 150+/- 3,75V.

Autre exemple, sur lImage 3:Technologie et classe la classe est de 1,5 Ainsi moins laiguille dvie et moins la prcision est bonne do la recherche de la

plus grande dviation possible pour accrotre la prcision relative de lecture. Si laiguille dvie peu (une division par exemple) on peut arriver des lectures

aberrantes : 1 V +/- 4 V !!

Montage hors tension, effectuer le branchement laide du voltmtre aiguille:

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Figure 6 : Mesure dune tension

Image 4 : Mesure dune tension

Mettre le montage sous tension. Notez la valeur de la tension et comparer avec vos

voisins. Conclusion? EDF garantit-elle la valeur de la tension ? En vous aidant de la classe de lappareil, dterminer lerreur absolue de lecture ainsi quun encadrement de la tension mesure. En ralit, EDF garanti la tension entre 220 et 240 V.

III.4 Mesure dune tension laide dune pince multifonction numrique

III.4.1 Introduction

Hors tension, on remplacera le voltmtre aiguille par la pince ampremtrique.

III.4.2 Avertissement

On vrifiera que la pince est rgle sur 50Hz et non 60 Hz, frquence utilise aux tats unis par exemple.

(Commutateur plac sur la tranche de lappareil)

Figure 7 : Mesure dune tension

Image 6 : Mesure dune tension

Mettre le montage sous tension en commutant le curseur sur ~V et lire la tension.

Interrupteur

0 250

150 100

50

2 1

Image 5

Inter

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Comparer avec la valeur lue prcdemment avec le voltmtre aiguille. Appuyer 5 fois sur la touche Func et lire la valeur de la frquence du secteur. Comparer avec celle trouve par vos camarades.. Quelles en sont les applications dans la vie courante ? Conclusion ?

III.5 Mesure dun courant

III.5.1 Rappels

Un courant se mesure laide dun ampremtre ou dune pince ampremtrique. Un ampremtre prsente en thorie une rsistance nulle. En pratique il prsente une rsistance finie de quelques fractions dohms. On connectera toujours un ampremtre en srie. On utilisera ici les ampremtres aiguille et une pince wattmtrique.

III.5.2 Etude prliminaire

Dterminer en thorie la valeur du courant traversant la lampe sachant que P=V.I et que la puissance est note sur la lampe.

III.5.3 Manipulations avec lampremtre.

On veut mesurer le courant qui circule dans le circuit prcdent. Montage hors tension, effectuer le branchement laide de lampremtre 500 mA aiguille en srie.

Figure 8 : Mesure dune intensit

Image 7:Mesure dune intensit

Encadrez la valeur lue avec la classe de lappareil. Que se passe-t-il si on connecte un ampremtre en parallle ? Ne pas le faire !!!.

Quelles en seraient les consquences sur le montage ?

III.5.4 Utilisation dune pince ampremtrique.

Les pinces ampremtriques permettent de mesurer un courant sans avoir ouvrir le circuit lectrique ce qui peut tre trs utile sur des lignes hautes tensions. Cest linstrument typiquement employ sur un chantier. Un peu de thorie Il existe deux grandes familles de pinces ampremtriques : les pinces effet Hall et les pinces transformateurs.

Les pinces effet Hall Soit un conducteur parcouru par un courant I crant un champ magntique B. Pour contrebalancer les forces magntiques (F=qvB) se cre une force qE due au champ lectrique E induit. Il se cre alors une tension V=E/a proportionnelle B donc I, intensit parcourant le conducteur.

0 500

250

2 1

mA

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Les pinces effet Hall sont en fait des voltmtres captant cette tension V.

Les pinces transformateurs . Un fil parcouru par un courant I cre un champ magntique B proportionnel I. La pince, constitue dun certain nombre de spires, va enserrer le fil. Il va donc tre cr dans la bobine de la pince une tension induite proportionnelle au courant I traversant le fil. Tout se passe comme si on avait un transformateur avec une spire au primaire (le fil dont on veut dterminer lintensit) et n spires au secondaire (les spires de la pince).

I

Pince

Conducteur

Figure 10

III.5.5 Manipulations

Effectuer les montages suivants :

Figure 9 :Effet Hall

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Figure 11 : Mesure du courant dans une lampe

Image 8 : Mesure du courant dans une lampe

Figure 12 : Mesure du courant dans une bobine

Image 9 : Mesure du courant dans une bobine

Mettre le curseur sur ~mA ou sur ~A si la valeur affiche dpasse 0,6A Lire la valeur du courant ILampe ainsi que IBobine Faire deux, trois, quatre tours de fils autour de la pince. Lire la valeur du courant

chaque fois.

Image 10:Trois tours de fil

Image 11:Un seul tour

Conclusion ? Quel est lutilit de cette manipulation dans le cas de courant faibles ? Mettre la pince dconnecte, dans laxe de la bobine.

Inter

Inter

TP lectricit : Mtrologie 8

Figure 13

Image 12

Quelle est la lecture du courant ??Explication du phnomne ??

III.6 Mesures de puissance active en monophas

III.6.1 Mesures de puissances dans une lampe

Les puissances se mesurent avec une pince wattmtrique. Il faut connecter les deux fils de tensions (mesure de V) ainsi que la pince autour dun fil (mesure de I) afin de mesurer le produit P=V.I.cos.

Figure 14 : Mesure de puissance dune lampe

Image 13 : Mesure de puissance dune lampe

Figure 15 : Mesure de puissance dune Bobine

Image 14 : Mesure de puissance dune Bobine

Hors tension, connecter la pince de faon mesurer la puissance consomme par la

lampe et la bobine Vrifier votre montage avant de mettre sous tension. Commuter le curseur sur la position ~mW Mesurer la puissance active P consomme par la lampe et par la bobine. Vrifier vos valeurs avec celles porte sur la lampe.

Inter

Inter

Inter

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Effectuer le produit VxI. Conclusions ? En appuyant successivement sur le bouton FUNC mesurer dans les deux cas la

valeur de la puissance apparente S=V.I en V.A de la puissance ractive Q=V.I.sin() ainsi que celle du facteur de puissance ou cos() ,not PF (Power Factor, et enfin le dphasage entre le courant et la tension.

Dterminer la valeur de linductance en Henrys. Sachant quune lampe peut tre assimile une rsistance pure, ces rsultats vous

semblent ils cohrents ? Recommencer les mesures prcdentes avec trois tours de fils dans la pince. Quelles oprations faut-il effectuer pour retrouver les rsultats prcdents ?

III.6.2 Mesures de Puissances dans Une lampe et une bobine en parallle

On ajoute une bobine en parallle sur la lampe. On souhaite mesurer le courant ITotal1 traversant lensemble lampe+bobine.

Figure 16 : Mesure de courant ITotal1

Image 15 : Mesure de courant ITotal1

Hors tension raliser le branchement de la bobine et de la pince ampremtrique. Avec la pince mesurer le courant traversant lensemble ITotal1 laide dun compas et dune rgle tracer le diagramme de Fresnel des intensits. En dduire le facteur de puissance de lensemble et de la bobine laide dun rapporteur.

Figure 17

Mesurer la puissance active P, la puissance ractive Q le facteur de puissance cos(B) de lensemble. Comparer avec la valeur trouve prcdemment sur le diagramme.

Vrifiez la relation T TT

QTan( )

P=

III.7 Rappel sur les capacits Il ny a pas de manipulations dans ce chapitre III.7.Il faut juste lire et assimiler le texte

Inter

IL

IB IT

+ T

B V

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III.7.1 Thorie

Deux capacits en parallle voient leurs valeurs sadditionner :

4F 6F

=

10F

Figure 18 Pour une capacit C soumise une tension V et traverse par un courant I, on peut crire :

IV

C.=

et

22IQ V .C.

C.= =

III.7.2 Branchement de la boite de capacit du TP

Exemple de connexion dune capacit de 10 F

Figure 19

Image 16

Si on veut connecter une valeur de 7F par exemple, il faut effectuer le branchement suivant :

1F 2F 2F 5F 10

Commun

TP lectricit : Mtrologie 11

Z Figure 20

Image 17

Exemple dune capacit de 6 F en srie avec une bobine

Image 18 : Capacit de 6 F

III.8 Redressement de facteur de puissance

III.8.1 Mesures de puissances dans une lampe, une bobine et une capacit en parallle

On place une capacit connecte en parallle sur une lampe et un tube fluorescent.

Image 19:Lampe capacit et tube

En faisant varier la capacit entre 0 et 20F, tracez =f(C), IC=f(C). et

ITotal=f(C).Conclusions ? Dterminez les parties inductive, capacitive et rsistive des courbes

III.8.2 Mesures de puissances dans une lampe, une bobine, et une capacit en parallle

1F 2F 2F 5F 10

Commun

Figure 21:Lampe capacit et tube

TP lectricit : Mtrologie 12

Reprendre les rsultats trouvs en III.6.2. On veut par le calcul obtenir un facteur de puissance au moins cos(T)= 0,92 soit

Tan(T)=0,4. Trouver la valeur de la capacit connecter sachant que

( )( )Totale Tinitiale2

P Tan 0, 4C

V .2. .f

=

. Avec ( )TinitialeTan ,tangente du III.6.2.

Placer cette capacit avec la bonne valeur:

Mesurer le nouveau facteur de puissance cos(T). Sa valeur est-elle en accord avec la

thorie ?

Calculer lintensit thorique IC traversant la capacit sachant que 2

IcV

. .f .C= .

Mesurer lintensit traversant la capacit. Comparer avec la valeur thorique. Tracer le diagramme de lintensit totale (lampe + bobine + condensateur). Ic est dphas de 90 par rapport ILampe .

Figure 23

Retrouver le facteur de puissance cos(B) de 0,92 sur le diagramme ainsi que le nouveau courant IT

III.9 Circuit RLC srie On va maintenant placer la lampe, la bobine ainsi quune capacit de 5 F en srie :

Figure 22 Image 20 : valeur de C non contractuelle !!

IL

IB

IT + T avec cos T=0.92

B

Ic=V.C.

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Figure 24

Image 21

Mesurer la tension aux bornes de la lampe VLampe , la tension aux bornes de la capacit VCapacit ainsi que la tension aux bornes de la bobine, VBobine.

En se servant de B trouv prcdemment tracer V=VLampe+ VBobine+ VCapacit. En faisant varier la valeur de la capacit entre 0 et 20F, tracer I=f(C),=f(C) Conclusion ?