Définir le rendement d'un convertisseur
Définir et calculer le rendement d’un convertisseur.
- Un convertisseur d’énergie transforme l’énergie qu’il reçoit sous une autre forme d’énergie.
- Une chaine énergétique met en évidence le principe de conservation de l’énergie : la somme des énergies entrantes est égale à la somme des énergies sortantes.
- Le rendement d’un convertisseur a pour
expression
.
- Énergie et puissance
- L’effet Joule
- Intensité et tension
Il n’emmagasine pas d’énergie, et n’en crée pas.
Dans le cas d’une voiture, son moteur est un convertisseur qui transforme l’énergie chimique contenue dans l’essence en énergie mécanique, mais aussi en chaleur.
On représente ainsi ce que l’on appelle une chaine énergétique.
Chaine énergétique du moteur d’une voiture
Par convention, dans les chaines énergétiques, un convertisseur est représenté par un cercle, par lequel va transiter des transferts d’énergie, indiqués par des flèches.
La chaine énergétique permet de mettre en évidence les conservations et dégradations en termes d’énergie afin d’en calculer le rendement.
À chaque convertisseur, il y a possibilité de « pertes » d’énergie. Cette énergie est dite perdue, ou dégradée, car elle est sous une forme non exploitable par la chaine.
Quand on fournit une quantité d’énergie à un convertisseur, seule une partie sera donc utilisable en sortie.
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avec :
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Chaine énergétique d’un convertisseur
La somme des énergies qui entrent dans le système est égale à la somme de celles qui en sortent.
- ρ est souvent exprimé en pourcentage. Il suffit de multiplier la valeur du rendement par 100.
- Le rendement est égal au rapport de l'énergie utile par l'énergie reçue, mais peut se déterminer par des rapports de puissances ou de tensions. La seule condition indispensable est que l’on doit toujours diviser 2 grandeurs de même unité.
- Comme il y a inévitablement des pertes d'énergie entre l'entrée et la sortie de la chaine énergétique, le rendement ρ est toujours inférieur ou égal à 1. On divise toujours la plus petite grandeur par la plus grande.
Pour calculer le rendement d’un convertisseur, il faut suivre les étapes suivantes.
-
Identifier le convertisseur.
Préciser qui est le convertisseur et représenter sa chaine énergétique. -
Identifier les énergies.
Donner les énergies utiles et absorbées par le convertisseur. -
Calculer le rendement.
Calculer le rendement du convertisseur en utilisant la formule
.
Dans la chaine énergétique d’une lampe, les transferts d’énergie se font par rayonnement et par chaleur. Ces transferts sont représentés par des flèches. Le réservoir d’énergie est l’environnement.
On considère une lampe basse consommation qui fonctionne pendant 1 heure.
- Son transfert thermique est de 30,5 kJ vers l’extérieur.
- Son rayonnement (transfert d’énergie lumineuse) est de 14,2 kJ.
Le rendement ρ de conversion énergétique est le quotient de l’énergie lumineuse émise vers l’extérieur par la quantité d’énergie reçue initialement.
On a donc :
- Eutile = 14,2 kJ ;
- Eabsorbée = Eutile + Eperdue = 14,2 + 30,5 = 44,7 kJ.
Le rendement est donc 
soit 32 %.
Si la finalité de la lampe est uniquement de fournir de la lumière visible, son rendement est de l’ordre de 32 % environ. La lampe chauffe plus qu’elle n’éclaire !
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