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Niveau maths sup
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Adaptation d'impédance

Posté par
megane2a
04-03-11 à 19:18

Voilà le début de mon DM de physique qui me pose problème :

On considère un dipôle d'impédance Zu branché aux bornes d'un générateur de FEM eg=E2cos(t) et d'impédance interne Zg. On appelle Ru et Xu les parties réelle et imaginaire de Zu puis Rg et Xg les parties réelle et imaginaire de Zg

L'impédance Zg est fixée par les caractéristiques internes du générateur.
On se demande alors qu'elle impédance de charge utile Zu permet de recevoir, de la part du générateur une puissance active maximum.

1-   Exprimer l'intensité complexe dans le circuit i(t) en fonction de e(t), Ru, Rg, Xu et Xg

2-   En déduire que la puissance moyenne (ou puissance active) P reçue par le dipôle de charge d'impédance Zu peut se mettre sous la forme P = Ru*E²/((Rg+Ru)²+(Xu+Xg)²)

3-   Exprimer Xu en fonction de Xg pour avoir une puissance active reçue par la charge utile maximale lorsque Ru est fixée.

4-   on suppose la condition précédente vérifiée. exprimer Ru en fonction de Rg pour maximiser P.

J'ai essayé plusieurs pistes mais n'y arrive pas Aidez-moi s'il vous plait

Merci

Posté par
Heroes31
re : Adaptation d'impédance 05-03-11 à 13:00

Bonjour,

Voici de l'aide...

Si tu as dessiné le circuit en faisant apparaître la résistance Zg, tu as donc un géné de tension idéale e(t) branché aux bornes d'une association série (Zg+Zu)

Q1. Calcul de i(t)
D'après la loi de Pouillet, i(t) = e(t)/(Zu+Zg) = e(t)/[(Ru+Rg)+j(Xu+Xg)]

L'astuce mathématique consiste à multiplier le dénominateur par sa valeur conjugée en haut et en bas afin de faire disparaître le complexe au dénominateur

Pour se simplifier l'écriture, je vais poser a = (Ru+Rg) et b = (Xu+Xg)
i(t) = e(t)/(a+jb) (a - jb)/(a-jb)

Le dénominateur, une fois développé, devient donc (a²+b²)
(c'est un avantage, c'est toujours positif, et en plus, ça vous nous simplifier la vie pour la Q2, au vue de son expression...)


Et comme e(t) = E2.(cos t + j.sin t)

i(t) = (E2)/(a²+b²)(a-jb)(cos t + j.sin t) = ...


Je t'épargne le détail du calcul, on aboutit à l'expression suivante :

i(t) = E2/(a²+b²) (a.cos t + b.sin t) + j.E2/(a²+b²) (a.sin t - b.cos t)



Q2. Puissance moyenne active
D'après la formule de la puissance, P = u(t)i(t) = Ru (Re{ i(t) } )²

C'est-à-dire que :
P(t) = Ru.E²/(a²+b²)²2(a.cos t + b.sin t)²

P(t) = Ru.E²/(a²+b²)²2(a².cos² t + b².sin² t + 2.ab.cos t.sin t)


Maintenant, on te demande la puissance moyenne, c'est-à-dire, le calcul de 1/T.P(t).dt sur une période...
< P(t) > = Ru.E²/(a²+b²)²2(a².<cos²> + b².<sin²> + 2ab.<sin><cos>)

Or, on a dû t'apprendre (ou te démontrer quelque part, ça se fait facilement !) que
<cos²> = <sin²> = (1/2)
<cos> = 0

Du coup, on a l'expression suivante :
<P(t)> = Ru.E²/(a²+b²)²2(a²/2 + b²/2 + 0)

C'est-à-dire, en simplifiant par 2 et par (a²+b²), l'expression demandée :

<P(t)> = P = Ru.E²/(a²+b²) = Ru.E²/[ (Ru+Rg)² + (Xu+Xg)² ]



Maintenant, je te laisse un peu chercher pour la suite !



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