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TP électricité : Métrologie 1 TP 1 : Métrologie I Avertissement Les pince ampéremétriques ne sont pas des castagnettes. Les pièces mobiles sont fragiles. Pensez-y ! L’électricité est dangereuse. Tout comportement déviant verra l’exclusion du TP de l’étudiant concerné. En fin de TP les fils seront rangés par longueur et par couleur sur les supports prévus. Ne pas sortir les feuilles des classeurs. II But du TP Appréhender les mesures de tension, courant et puissance. Découvrir ou se remémorer les caractéristiques et l’utilisation des appareils de mesure de ces grandeurs. III Manipulations III.1 Branchement d’un voltmètre III.1.1 Rappels Une tension se mesure à l’aide d’un voltmètre. Un voltmètre présente en théorie une résistance infinie. En pratique il présente une résistance finie : 10 Mpour les voltmètres numériques et quelques centaines de kpour les voltmètres à aiguille. On connectera toujours un voltmètre en parallèle 230 V V I = 0A =R infinie Figure 1 :Exemple de branchement d’un voltmètre III.2 Remarques sur les appareils à aiguilles. III.2.1 Leur fonctionnement Un appareil à aiguille peut être comparé à une bobine générant un champ magnétique proportionnel à l’intensité la traversant. Si on fixe une aiguille traversée par un axe sur un aimant, lui-même attiré de façon proportionnelle au champ magnétique (donc au courant), on a ainsi constitué un appareil de mesure, l’aiguille déviant proportionnellement au courant traversant la bobine.

Author: doantuong

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  • 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.

  • TP lectricit : Mtrologie 2

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 3

    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:

  • TP lectricit : Mtrologie 4

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 5

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 6

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 7

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 9

    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

  • TP lectricit : Mtrologie 10

    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.

  • TP lectricit : Mtrologie 13

    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 ?