energ@tic - Sürdürebilir enerji eğitimi için sanal laboratuvar
 
 

Matériel technique et scientifique.

Les appareils de mesure de la valisette :

 

Guide d'utilisation des appareils (version pdf) :
Collège Sainte-Véronique - Patrick de Tiège

Wattmètre

 

1. Notions de base

Le circuit le plus simple que l'on puisse représenter consiste en une source de tension U (pile, dynamo, ...) et un récepteur passif R (lampe, résistance chauffante, ...).

Une charge électrique s'écoule à travers la section du conducteur. L'intensité de ce courant s'exprime en ampères.

La source de tension fournit l'énergie nécessaire au maintien du courant. Cette tension se mesure en volts.

Si la tension U fournie par la source est constante, un courant constant I s'écoule : c'est un circuit à courant continu.

1.1. Analogie hydraulique

Pour comprendre certaines propriétés du courant électrique, il est intéressant de le comparer à de l'eau s'écoulant dans un circuit de tuyaux. Le générateur peut alors être vu comme une pompe chargée de mettre en pression ce liquide dans les tuyaux.

La différence de potentiel, ou tension, ressemble alors à la différence de pression entre deux points du circuit d'eau. Elle est notée U, et exprimée en volts (V).

L'intensité du courant électrique peut être rapprochée du débit d'eau dans le tuyau. Elle mesure le nombre de charges qui passent chaque seconde à un point du circuit ; elle est souvent notée I, et mesurée en ampères (A).

La résistance d'un circuit électrique serait alors analogue au diamètre des tuyaux. Plus les tuyaux sont petits, plus il faut de pression pour avoir le même débit. De façon analogue, plus la résistance d'un circuit est élevée, plus il faut une différence de potentiel élevée pour avoir la même intensité. La résistance électrique mesure donc la faculté de freiner plus ou moins le passage du courant. Elle est notée R et, elle est exprimée en Ohms (O).

On observe un courant d'eau dans une rivière.

C'est la différence d'altitude entre deux points du lit de la rivière :

G(a,b) = Z(a) - Z(b)

qui fait qu'un courant existe entre ces deux points. L'altitude Z est un potentiel gravitationnel (on connaît l'énergie potentielle liée à l'altitude).

D'où l'analogie entre la dénivellation géographique et la différence de potentiel électrique appelée également tension et notée U.

La différence de potentiel ou tension est une valeur algébrique (c'est-à-dire qu'elle peut être positive, négative ou nulle). On la représente sur les schémas électriques par une flèche allant d'un point B vers un point A lorsqu'on veut représenter le potentiel du point A par rapport à celui du point B.

U(a,b) = V(a) - V(b)

2. Paramètres mesurés

2.1. Courant électrique : A

Un courant électrique est un déplacement de charges électriques, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l'action de la force électromagnétique, dont l'interaction avec la matière est le fondement de l'électricité.

Par convention, dans un circuit électrique en boucle simple et en courant continu, le courant électrique sort du générateur par la borne positive (+), traverse le circuit électrique et revient au générateur par sa borne négative (-).

Le courant est caractérisé par sont intensité qui est mesurée en Ampère (A).

La propagation de l'influx électrique se fait à une vitesse voisine de celle de la lumière (aux effets capacitifs près), mais ce n'est pas pour autant la vitesse des électrons qui le constituent. Ceux-ci voyagent plus modestement à quelques millimètres ou centimètres par seconde, en fonction de l'intensité du courant et de la section du conducteur.

2.2. Tension électrique : V

La tension électrique est la circulation du champ électrique le long d'un circuit. Elle est souvent confondue avec la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit électrique.

Le potentiel électrique est l'une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace. Son unité est le volt (V)

2.3. Puissance électrique : kW

Le kW (kilo-Watt) est une unité de puissance.

On dira d'une lampe qui développe une puissance lumineuse de 60 Watts, qu'elle est moins puissante qu'une lampe de 100 Watts.

En régime de tension et de courant continu, la puissance est égale au produit des valeurs du courant et de la tension. P = U x I avec P en Watt, U en Volts et I en Ampères. La puissance dissipée par une résistance (R) est égale à P = R x I² avec P en Watt, R en Ohms et I en Ampères.

En régime de courant alternatif, la puissance moyenne consommée porte le nom de puissance active. Elle a pour expression : P = U x I x cos f avec P en Watt, U en Volts, I en Ampères. Le cos f est le facteur de puissance. C’est un paramètre qui rend compte de l'efficacité à consommer de la puissance. Une comparaison mécanique possible serait le facteur d'embrayage d'une boîte de vitesses :

  • lorsque la pédale d'embrayage est enfoncée, le moteur tourne (le courant circule) mais ne transmet aucune puissance au véhicule. Le facteur de puissance est nul ;
  • lorsque la pédale d'embrayage est relevée, le moteur tourne et toute sa quantité de mouvement est transmise au véhicule pour produire de la puissance motrice. Le facteur de puissance est unitaire ;
  • lorsque l'on fait patiner l'embrayage, on est dans une situation intermédiaire. Cela correspond au cas où le facteur de puissance est compris entre 0 et 1.

2.4. Energie électrique : kWh

Le kWh (kilo-Watt-heure) est une unité de travail ou d'énergie.

On dira que la consommation d’une lampe de 60 W en 24 heures est de :

60 W x 24 h = 1.440 Wh = 1,44 kWh

On traduit là l'énergie consommée pendant un temps donné.

D'une manière générale,

Énergie = Travail = Consommation
Énergie = Puissance x Temps

De même,

Puissance = Énergie / Temps

3. Mode d’utilisation d’un appareil de mesure électrique

Wattmètre

3.1. Applications :

Le wattmètre Chacon permet notamment les mesures suivantes :

  • Mesure de l’énergie consommée d’un appareil électrique (kWh) ;
  • Mesure de la durée de consommation ;
  • Calcule du coût total de cette consommation (€) ;
  • Affichage de la tension (V), du courant (A) et du courant maximum, de la puissance (W) et de la puissance maximum.

Par ailleurs, il peut servir également d’indicateur de surcharge sur un circuit.

Attention : Le courant maximum supporté par le Wattmètre est de 16 A en 230 V, soit une puissance maximum de 3.500 W.

3.2. Mode d’emploi du Wattmètre.

Pour commencer à employer le wattmètre, vérifiez que les piles soient disposées à l’intérieur de l’appareil. Celles-ci sont indispensables pour conserver les données une fois l’appareil débranché. Attention à la polarité des piles et à leur positionnement dans le réceptacle situé au dos de l’appareil (Cf. image des piles à l’intérieur du réceptacle) Veillez aussi à bien repositionner dans l’appareil le support recueillant les piles et notamment à bien enfiler les deux bornes métalliques dans les espaces prévus pour les recevoir. Si le placement des piles est réussi, l’écran de votre wattmètre se divisera en trois parties distinctes. Ensuite, reliez-le au réseau électrique en le branchant sur une prise de courant.

Si l’appareil est dépourvu de piles et que vous le reliez au réseau électrique, l’écran du wattmètre se divisera aussi en trois parties distinctes mais les données enregistrées ne seront pas conservées lorsque vous débrancherez l’appareil.

Vous pouvez alors brancher au wattmètre l’appareil dont vous voulez mesurer la consommation. La mesure commence instantanément.

Si vous arrêtez la mesure en débranchant l’appareil du wattmètre ou le wattmètre du réseau et si vous voulez entamer une nouvelle campagne de mesures pour un autre appareil, vous devez d’abord enlever les piles pour remettre la mémoire à zéro, les replacer ensuite avant de raccorder à nouveau le wattmètre au réseau électrique. A défaut, les nouvelles données d’enregistrement viendront s’ajouter aux données déjà enregistrées.

L’écran est divisé en trois parties distinctes, à savoir :

  • Une partie supérieure qui, par certaines manipulations expliquées par la suite, peut afficher le voltage, l’intensité du courant, l’intensité maximale du courant à un moment précis, la puissance (W), la puissance (W max) ainsi que les éventuelles surcharges.
  • Une partie centrale qui peut afficher la consommation d’énergie en KWh, le coût total de la consommation, et qui permet également l’insertion du prix du KWh.
  • Une partie inférieure qui affiche la durée d’utilisation de l’appareil.

Pour les différentes manipulations, différents boutons s’offrent à vous :

  • un bouton avec une flèche pointée vers le haut
  • un bouton avec une flèche pointée vers le bas
  • un bouton avec l’indication Overload
  • un bouton avec l’indication Price

  • Partie supérieure de l’écran
    La partie supérieure de l’écran permet d’afficher plusieurs mesures. Pour faire défiler ces mesures, appuyez sur le bouton avec la flèche pointée vers le haut :
    • La première mesure qui apparaît sur l’écran, dès le branchement de l’appareil, est la tension en Volt (V).
    • La deuxième mesure qui apparaît est l’intensité du courant. Celle-ci est mesurée en ampères (I).
    • La troisième mesure est l’intensité maximale mesurée durant le temps d’utilisation de l’appareil (I max).
    • En quatrième lieu apparaît la puissance. Cette puissance est mesurée en Watt (W).
    • Suis ensuite la puissance maximale mesurée lors de la durée d’utilisation. Celle-ci est mesurée également en Watt (W max)
    • Pour finir, l’écran affichera le mode surcharge. Celui, après quelques réglages, vous permettra de savoir si votre ligne de courant a été ou est surchargée à un moment.
  • Mode surcharge
    Afin de permettre à l’appareil de calculer les surcharges possibles sur votre ligne, plusieurs réglages sont nécessaires.
    • Affichez, dans un premier temps, le mode surcharge sur la partie supérieure grâce au bouton avec la flèche pointée vers le haut.
    • Une fois en mode affichage, appuyez sur le bouton avec l’indication Overload (=Surcharge).
    • A cet instant-ci, vous avez le choix entre une mesure en ampère ou une mesure en watt. Appuyer sur les boutons avec les flèches afin d’arriver à la mesure souhaitée.
    • Ensuite, appuyez à nouveau sur le bouton Overload. A ce moment-là, 4 "digit" "0" apparaissent. Le premier "0" clignote. Utilisez les boutons munis des flèches afin de donner la bonne valeur à ce "digit". Une fois la bonne valeur inscrite, appuyez à nouveau sur Overload afin de régler le deuxième "digit", et ainsi de suite. La valeur qui doit apparaître à la fin de ce réglage est la valeur maximale (en watt ou en ampère) qui ne peut être dépassée sur la ligne pour ne pas risquer une surcharge (Cf. point 2.3. Puissance électrique : kW). Attention pour la valeur maximale en ampère, il y a deux digits avant la virgule et deux digits après la virgule (150 milliampères = 00,15).
    • A la fin des réglages, terminez par appuyer sur le bouton Overload. A partir de ce moment, l'appareil indiquera le mot Overload à partir du moment où la valeur indiquée sera dépassée.
  • La partie centrale de l'écran
    La partie centrale de l'écran permet, tout comme la partie supérieure, d'afficher plusieurs mesures. Pour faire défiler celles-ci, appuyez sur le bouton avec la flèche pointée vers le bas.
    • La première mesure qui apparaît dès le branchement de l'appareil est le nombre de KWh consommé pendant la durée d'utilisation.
    • Le second affichage est le prix/KWh. Ce prix doit être introduit par l'utilisateur. Afin, d'entrer le prix dans l'appareil, appuyez, une fois dans le mode prix/KWh, sur le bouton avec l'inscription Price. A ce moment là, apparaissent 6 "digits" "0" et le premier clignote. Trois digits avant la virgule et trois après la virgule (19 c€ = 000,190). Réglez le premier "digit" avec l'aide des boutons avec les flèches. Ensuite ré-appuyez sur le bouton Price et faites de même pour les 5 autres "digits". Une fois le bon prix indiqué, finissez en appuyant à nouveau sur le bouton Price. A partir de ce moment, l'appareil peut calculer le coût total de l'énergie utilisée pendant la période d'utilisation.
    • La troisième mesure qui apparaît sur l'écran est le coût total de l'énergie utilisée pendant la période d'utilisation.
  • La partie inférieure de l'écran
    La partie inférieure de l'écran ne peut afficher qu'une seule mesure : la durée d'utilisation de l'appareil (Heures/Minutes/Secondes). Ici, aucun réglage n'est nécessaire.
    • Lorsque la durée atteint 99:59:59, le format bascule en format Heures/Minutes
    • La durée maximum est de 9999:59 (1.000 heures)
    • Le comptage se fait en Secondes lorsque le total est inférieur à 100 heures sinon le comptage se fait en minutes.