Puissances, pertes, rendement
Définition : Puissance
La puissance exprime la variation d'énergie par rapport au temps :
P=W/t
Elle s'exprime en Watt (W).
1 W = 1 J/s
Par convention, si on isole une machine, la puissance qu'elle reçoit est positive, celle qu'elle fournit est négative.
Exemple : Moteur électrique à courant continu
Bilan de puissance - Origine des pertes :
Pertes électriques
La puissance fournie à l'inducteur, dans le cas de l'électroaimant est une perte.
La puissance dissipée par les conducteurs du rotor (l'induit) représente une perte : rI²
Pertes mécaniques : elles sont fonctions des frottements, de la vitesse.
Pertes magnétiques : ce sont des pertes qui se produisent lors du transfert d'énergie entre la partie tournante et la partie fixe de la machine.
Conservation de l'énergie - Rendement d'un système
L'énergie peut se transformer mais ne peut jamais disparaître. Si on isole une machine qui ne stocke pas d'énergie, elle doit donc en fournir autant qu'elle en reçoit.
En reprenant l'exemple précédent du moteur électrique on doit donc avoir : \(P_{a} +P_{u}+ P_{j}=0\)
ou, en raisonnant en valeurs absolues :
\(P_{a} = P_{u} + P_{j}\)
Le rendement \(\eta\) (« êta ») d'une machine est le rapport entre la puissance utile fournie par celle-ci et la puissance absorbée :
Aucun système n'étant parfait, il y a toujours de l'énergie perdue, généralement par effet joule (chaleur). On a donc toujours un rendement inférieur à un.
Dans une chaîne d'énergie, le rendement total de la chaîne est le produit des rendements de chacune des machines la constituant :
Remarque :
Le rendement global d'une chaîne d'énergie est donc nécessairement inférieur au rendement du plus mauvais des étages de la chaîne énergétique ! D'où la nécessité de soigner la conception de chaque étage dans un soucis d'efficacité énergétique globale.
Exemple : Véhicule à motorisation électrique
Le calcul du rendement global est le suivant :
\(\eta = 0,95 \times 0,95 \times 0,9 \times 0,9 = 0,69\) soit 69%
Remarque : Rendement des moteurs thermiques
Les moteurs thermiques ont des rendements assez faibles. Utilisés dans des conditions optimales, le rendement peut dépasser 40% pour les meilleurs diesels.
Ce rendement diminue si la charge du moteur diminue. Dans des conditions réelles de trafic en ville les rendements sont de 10 à 15%, sur route ils sont de 30 à 40%.
En utilisation courante le rendement moyen d'un moteur diesel peut être estimé à 25%