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Niveau maths spé
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étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé

Posté par
Gus1234
22-08-22 à 18:16

Bonjour,

J'aurais besoin d'aide pour un exercice qui me donne du fil à retordre ! Voici l'énoncé :

Le dipôle AB représenté sur le schéma (ci-joint) est alimenté par une source idéale de tension de force électromotrice instantanée e(t)=E0*2 * cos(t)

1. Déterminer l'impédance complexe du dipôle AB (question réussie !)

2. Pour que le dipôle AB soit équivalent à une résistance pure Réq, montrer que L doit vérifier : L= (R^2*C)/(1+R^2*C^2*^2). Cette condition est supposée vérifiée pour toute la suite. (Non réussie)

3. Déterminer Réq en fonction de R, L et C. (Non réussie)

4. Application numérique pour L et Réq (facile en ayant les formules !)

5. La valeur efficace de la force électromotrice du générateur vaut E0 = 180 V. Calculer la valeur efficace de l'intensité I du courant dans la bobine. Ecrire numériquement i(t). (question réussie)

6. Calculer les valeurs efficaces des tensions uAD et uDB. (Non réussie)

7. Calculer les valeurs efficaces I1 et I2 des intensités des courants circulant respectivement dans la résistance et dans le condensateur. Ecrire numériquement i1(t) et i2(t). (Non réussie)

Nous n'avons que peu étudié les valuers efficaces l'année dernière, j'ai donc des difficultés à les utiliser et après de très longs calculs, je n'ai jamais réussi à trouver la 2., je voulais ensuite injecter le résultat pour la question 3. mais les calculs n'aboutissaient pas...

Merci d'avance !

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Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 22-08-22 à 21:26

Bonsoir
Peux-tu indiquer l'expression de l'impédance complexe que tu obtiens. Je vérifierai et t'aiderai pour la suite. La méthode consiste à écrire la relation nécessaire pour que l'impédance équivalente calculer ait une partie imaginaire nulle. La partie réelle est alors la résistance équivalente.

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 22-08-22 à 22:05

Bonsoir,

Merci pour votre réponse, en impédance je trouve :

zAB=(R(1-LC2)+jL) / (1+RjC)

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 22-08-22 à 22:14

vanoise @ 22-08-2022 à 21:26

Bonsoir
Peux-tu indiquer l'expression de l'impédance complexe que tu obtiens. Je vérifierai et t'aiderai pour la suite. La méthode consiste à écrire la relation nécessaire pour que l'impédance équivalente calculer ait une partie imaginaire nulle. La partie réelle est alors la résistance équivalente.


Grâce à votre réponse j'ai résolu la question et je tombe sur le bon résultat, merci !

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 22-08-22 à 22:16

Par contre, je n'ai pas trop compris l'histoire de partie réelle avec Réq !

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 22-08-22 à 22:57

La réponse aux premières questions nécessite de déterminer la partie réelle et la partie imaginaire de l'impédance complexe  en écrivant cette impédance complexe sous la forme :

\underline{Z}=R_{eq}+j.X

Dans le cas particulier : X=0, cela conduit à :

\underline{Z}=R_{eq}

Un dipôle dont l'impédance complexe se réduit à un réel est bien équivalent à une résistance ! La résistance demandée est donc la partie réelle R_{eq} de \underline{Z} .

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 10:50

Bonjour,

C'est ce que je pensais, mais avec mes calculs je trouve :

Réq = R / (1+R2C22) alors que je suis censée trouver Réq = L / RC

(j'ai une correction partielle avec juste les réponses, j'essaye de savoir comment les retrouver !)

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 11:59

Ta réponse est la bonne. Compte tenu de la valeur particulière de L dans le cas particulier étudié, la réponse de ton corrigé est également correcte.

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 12:20

Ah mais oui ! Merci beaucoup !!

Pour la question 6 j'ai commencé par dire que uAD=L di/dt=Lji et que i2=C duDB/dt = CjuDB mais je n'aboutis pas... j'ai du mal à comprendre l'aspect valeur efficace de la question, qui devrait me mener vers la bonne réponse (uAD=Li et uDB=L/C * i)

Merci pour votre aide !

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 14:17

Attention à ne pas confondre, au niveau des notations, valeur instantanée (i ou i(t) ), valeur complexe ( i ) , valeur efficace (I ou Ie) et valeur maximale ou amplitude (Im ou Imax).
Pour une grandeur sinusoïdale, la valeur efficace est la valeur maximale divisée par \sqrt 2 .
Pour la question 6, dans la mesure où tu connais déjà la valeur efficace de l'intensité du courant principal : I, tu obtiens directement pour les valeurs efficaces des tensions :

U_{AD}=|\underline{Z_{AD}|}\cdot I=L.\omega.I

U_{DB}=|\underline{Z_{DB}|}\cdot I

ce qui te conduit à exprimer l'impédance complexe de l'association en parallèle R//C mais ce calcul à été fait dès la première question.
Je ne connais pas ton niveau. Peut-être la première partie de cette fiche pourra t'aider :  

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 17:19

Merci pour votre réponse, j'ai réussi et compris la question 6 !

J'aimerais vérifier que la 7 est juste :

I1=UDB/R

I2=UDB/ ((-1/C)2) = UDBC

i1(t) = L/C i(t) / R car uDB=I L/C

et l'application numérique donne 32 cos(400t + phi)

avec phi = arg(z) = ?

J'ai donc des difficultés à trouver le déphasage + je ne suis pas sûr du passage valeur efficace -> valeur réelle qui dépend du temps

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 17:33

J'ai trouvé le bon résultat avec phi = Arctan (Im/Re)= Arctan(RC) mais ça me paraît bizarre de trouver cela pour i1 sachant que j'utilise l'impédance du dipôle DB tout entier et pas que la résistance (on aurait alors un réel et donc un déphasage nul au lieu de -0,93) !!

Pour i2, même raisonnement : je trouve i2(t) = 42 cos(400t + phi) mais impossible d'arriver au bon déphasage de +0,64 d'après le corrigé partiel...

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:00

Pour les phases : la situation est simple pour i(t) : le dipôle AB étant équivalent à une résistance, i(t) est en phase avec e(t).
Pour les phases initiales de i1(t) et i2(t), le plus simple consiste à exprimer les complexes associés i1 et i2. Cela passe par l'expression du complexe uDB que tu peux exprimer en fonction de e en utilisant la notion de diviseur de tension :

\underline{u_{DB}}=\underline{e}\cdot\dfrac{\underline{Z_{DB}}}{\underline{Z_{AD}}+\underline{Z_{DB}}}=\underline{e}\cdot\dfrac{\underline{Z_{DB}}}{R_{eq}}

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:09

je n'ai pas trop compris en quoi i1= (1+RjC) / (R2Req) * e peut m'aider ?

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:26

Ayant le complexe associé à une grandeur sinusoïdale :
1° : son module donne l'amplitude (à diviser par \sqrt 2 pour avoir la valeur efficace) ;
2° son argument donne la phase.
Tout cela est expliqué sur la fiche que je t'ai fournie.

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:28

Oui mais en calculant l'argument, je trouve Arctan(RC)-pi/2 (ce qui donne -0,64 au lieu de -0,93...)

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:29

Je me suis trompé ! je voulais dire que je trouve 0,93 au lieu de -0,93 !

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 18:40

En fait j'ai juste un problème de signe sur le Arctan ! mais je ne vois pas lequel...

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 23-08-22 à 21:15

Le paragraphe 1.2.4 de la fiche pourra peut-être t'aider. Sinon, présente ici le calcul que tu as fait.

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 24-08-22 à 11:24

C'est effectivement de ce paragraphe que je me suis aidé, voici le calcul :

i1 = ((1+RjC)/R2Réq ) e

= Arg(1+RjC) - Arg(R2Réq) = Arg(1+RjC) = Arctan(RC) = 0,93

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 24-08-22 à 12:24

Je crois que tu as commis une erreur de calcul. Il y a un peu de ma faute : il existe en effet une méthode plus simple dans la mesure où l'intensité du courant principal est connue et en phase avec e(t) : la méthode du diviseur de courant :

\underline{i_{1}}=\underline{i}\cdot\dfrac{\underline{Z_{C}}}{\underline{Z_{C}}+\underline{Z_{R}}}=\underline{i}\cdot\dfrac{\frac{1}{jC\omega}}{\frac{1}{jC\omega}+R}=\underline{i}\cdot\dfrac{1}{1+jRC\omega}
 \\ 
 \\ \underline{i_{2}}=\underline{i}\cdot\dfrac{\underline{Z_{R}}}{\underline{Z_{C}}+\underline{Z_{R}}}=...

Posté par
Gus1234
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 24-08-22 à 15:28

Super, merci ! Mais pourquoi ça ne fonctionne pas avec le diviseur de tension ??

Posté par
vanoise
re : étude d'un circuit en régime sinusoïdal forcé 24-08-22 à 15:40

La méthode du diviseur de tension est excellente. C'est même la meilleure méthode dans le cas général, c'est à dire dans le cas où l'intensité du courant principal n'est pas en phase avec la tension d'alimentation. Si tu as le temps, tu peux reprendre le calcul par la méthode du diviseur de tension.



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