Comprendre les tensions du réseau électrique
Aux États-Unis, les lignes électriques acheminent du courant alternatif (AC) de 220 volts jusqu'aux habitations. Les installations industrielles et les appareils très énergivores fonctionnent directement sur des lignes de 240 volts AC. Un transformateur abaisse ensuite cette tension à environ 110 volts pour l'usage domestique, la valeur réelle mesurée oscillant généralement entre 100 et 120 volts.
À titre de comparaison, la plupart des pays européens, dont la France, utilisent une tension domestique normalisée de 230 volts. Cette différence explique pourquoi certains appareils nord-américains nécessitent un transformateur ou un adaptateur approprié pour fonctionner correctement en Europe.
Tension alternative et valeur efficace (RMS)
Dans un circuit à courant alternatif, la tension varie en permanence au fil du temps. On la décrit donc par sa valeur efficace (RMS, pour « root mean square »), c'est-à-dire la tension continue qui produirait le même effet thermique dans une résistance donnée.
Comme le rappelle l'ouvrage TAB Electronics Guide to Understanding Electricity and Electronics, les tensions alternatives sont systématiquement considérées comme des valeurs RMS, sauf indication contraire. Dans un réseau triphasé, les trois tensions sont déphasées de 120 degrés les unes par rapport aux autres, en avance ou en retard sur la tension de référence.
La relation fondamentale entre la tension composée (mesurée entre deux phases) et la tension simple (phase-neutre) s'écrit :
U = √3 × V
où U désigne la tension de ligne et V la tension de phase.
Conversion de la tension de phase
Pour obtenir la tension de phase à partir de la tension de ligne, il suffit de diviser par la racine carrée de trois (√3 ≈ 1,73205) :
- Une tension de ligne de 220 V correspond à une tension de phase de 220 ÷ 1,73205 ≈ 127 V.
- Une tension de ligne de 120 V correspond à une tension de phase de 120 ÷ 1,73205 ≈ 69,28 V.
Rendement de la conversion
Lorsqu'une tension est convertie, une fraction de l'énergie est inévitablement perdue, principalement sous forme de chaleur dans les enroulements et le noyau du transformateur. Le rendement se définit comme le rapport entre la puissance restituée et la puissance absorbée :
η = Psortie ÷ Pentrée = (Usortie × Isortie) ÷ (Uentrée × Ientrée)
Par exemple, pour une conversion élévatrice de 120 vers 220 volts : si le primaire absorbe 12 000 W (120 V × 100 A) et que le secondaire restitue 11 440 W (220 V × 52 A), le rendement s'élève à 11 440 ÷ 12 000 ≈ 0,953, soit 95,3 %. En pratique, les transformateurs modernes affichent des rendements remarquables, souvent compris entre 95 et 99 %.
Pertes de puissance
La puissance dissipée pendant la conversion correspond à la différence entre la puissance absorbée et la puissance restituée :
Pperdue = Pentrée − Psortie = (Uentrée × Ientrée) − (Usortie × Isortie)
Ces pertes proviennent essentiellement de trois phénomènes : les pertes par effet Joule dans les conducteurs (pertes cuivre), les pertes dans le noyau magnétique (pertes fer, dues à l'hystérésis et aux courants de Foucault), ainsi que les fuites magnétiques.
Calcul du courant
Le courant circulant dans un circuit se détermine grâce à la loi d'Ohm :
I = U ÷ R
- Sous 220 volts, avec une résistance de ligne de 12 ohms, le courant arrivant au transformateur vaut 220 ÷ 12 ≈ 18,33 A.
- Sous 120 volts, avec une résistance de 10 ohms, le courant atteint 120 ÷ 10 = 12 A.
En régime alternatif, le courant peut également se calculer à partir de la puissance active :
I = P ÷ (U × cos φ)
où cos φ représente le facteur de puissance, c'est-à-dire le cosinus de l'angle de déphasage entre la tension et le courant.
À retenir
- La tension de ligne est égale à √3 multiplié par la tension de phase dans un système triphasé.
- Le rendement d'une conversion s'obtient en divisant la puissance de sortie par la puissance d'entrée.
- Les pertes correspondent à la différence entre la puissance absorbée et la puissance restituée.
- Le courant se calcule soit par la loi d'Ohm (I = U/R), soit via la puissance active (I = P/(U × cos φ)).
Source : https://jardin.98905.com/home-repair-maintenance/electrical-repairs/1007069448.html