Technicien ELM complet.doc - Les Chemins de fer engagent
Circuits passifs. ... Circuits filtres : filtres RC et LC, passe-haut, passe-bas, filtres
de bande, atténuateurs. .... IV.5.2. Redresseur en pont avec filtrage capacitif 15
...... Nous nous contenterons d'aborder ce sujet sous l'angle de la puissance car
la ...
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MATIERE A CONNAITRE POUR LEPREUVE DE TECHNICIEN ELECTROMECANICIEN
Electricité
N. B. : Le candidat est interrogé sur la partie "Connaissances générales". Il a ensuite le choix entre les parties "Courants forts" ou "Courants faibles". Lors de l'entretien, il lui est toutefois loisible de présenter ces deux dernières parties.
1.1 Connaissances générales
Courant continu
Piles et accumulateurs : caractéristiques générales, résistance interne, force électromotrice, capacité, rendement, groupement.
Résolution de problèmes sur les circuits à courant continu.
Calcul de l'intensité de courant, de la tension, de la résistance, de la puissance, de l'énergie.
Calcul de la quantité de chaleur dégagée par un courant électrique dans un conducteur.
Résolution de problèmes sur les effets magnétiques du courant continu.
Intensité et sens du champ magnétique produit par des aimants et des courants. Induction magnétique. Flux d'induction.
Courant alternatif
Résolution de problèmes sur des circuits monophasés comportant des résistances, selfs et condensateurs.
Calcul de l'intensité de courant, de la tension, de l'impédance, de la puissance, de l'énergie, du facteur de puissance.
Valeurs instantanées, maximales, efficaces.
Représentation vectorielle.
Résolution de problèmes sur les circuits triphasés.
Circuits triphasés équilibrés. Montages en triangle et en étoile.
Comparaison entre les deux montages. Rapport entre les tensions simples et les tensions composées. Courants triphasés. Puissance consommée.
Redresseurs. Types et caractéristiques.
Types de montage. Intensité moyenne du courant redressé.
1.2 Courants forts
Dynamos et moteurs à courant continu.
Description générale (inducteur, induit, collecteur, balais).
Effets de la réaction d'induit, du décalage des balais, des pôles auxiliaires.
Caractéristiques et emplois des divers modes d'excitation (série, shunt, compound).
Conditions d'amorçage des dynamos. Réglage de la tension.
Conditions de démarrage des moteurs. Réglage de la vitesse.
Fonctionnement d'une génératrice en moteur et inversement.
Freinage d'un moteur à courant continu.
Transformateurs monophasés.
Etude du transformateur à vide et en charge.
Influence des pertes dans le fer, dans le cuivre.
Rendement. Mesure par la méthode des pertes séparées.
Transformateurs triphasés. Description. Couplage des enroulements. Emploi.
Alternateurs et moteurs synchrones monophasés et triphasés.
Types. Description. Caractéristiques à vide, en court-circuit, en charge. Fréquence de la f.e.m. produite par un alternateur.
Moteurs asynchrones.
Théorie élémentaire (champ magnétique tournant, glissement).
Qualités et défauts des différents types de moteurs.
Emplois. Types de démarrage. Conditions d'utilisation.
Diodes et thyristors : fonctionnement (programme de fonctionnement) et applications.
1.3 Courants faibles
Circuits passifs.
Circuits oscillants : LC - RLC, série et parallèle, sélectivité, résonance. Circuits filtres : filtres RC et LC, passe-haut, passe-bas, filtres de bande, atténuateurs.
Thyristors : construction, fonctionnement, caractéristiques et applications.
Circuits intégrés : constitution, avantages et désavantages.
Circuits électroniques à composants semi-conducteurs.
Circuits logiques : multivibrateurs astable, monostable, bistable; registres de décalage, addition, soustraction, mémoires; amplificateurs opérationnels; portes ET, OU, NOR, NAND.
Flip-Flop à deux ou plusieurs entrées; compteurs et décompteurs; circuits digitaux.
Alimentation des installations à courants faibles.
Les redresseurs statiques mono- ou polyphasés non régulés : caractéristiques, choix des cellules de redressement.
Réglage de la tension par commande à thyristor; lissage par filtres C, L, R et en p ; stabilisation.
Les diodes : types, fonctionnement, caractéristiques principales et applications.
Les transistors : types, fonctionnement, caractéristiques principales, circuits de base et applications.
Amplificateurs.
Fonctionnement. Couplages. Classes. Distorsion. Contre-réaction. Schémas.
Oscillateurs, émetteurs et récepteurs.
Types d'oscillateurs, d'émetteurs et de récepteurs.
Stabilisation de la fréquence. Modulation d'amplitude, modulation de fréquence; bande latérale double et unique; réalisations et comparaison.
Détection en AM et en FM : réalisations.
Multiplication de la fréquence.
Superhétérodyne. Circuits spéciaux : réglage automatique de volume, limiteurs de bruits, expansion de volume, accord à bouton de commande unique.
Schémas bloc d'émetteurs et de récepteurs AM et FM.
Mécanique
Résolution de problèmes relatifs aux matières suivantes.
La cinématique : mouvement rectiligne uniforme et uniformément varié; mouvement circulaire uniforme et uniformément varié; vitesse, accélération, décélération.
La statique : composition et décomposition des forces, moments, centre de gravité; équilibre stable, instable, indifférent, propriétés des surfaces.
La dynamique : relations entre force, masse et accélération; force centrifuge et force centripète; travail, puissance, rendement; formes de l'énergie (potentielle, cinétique); principe de la conservation de l'énergie; unités pratiques d'énergie.
Moment d'inertie; application à des sections carrées, rectangulaires et circulaires.
Machines simples : leviers, palans ordinaire et différentiel, treuils, cric à crémaillère, plan incliné, vis et vérin à vis.
Moteurs à explosion et à combustion interne : principes du moteur à essence et du moteur Diesel, cycle à 4 temps et à 2 temps.
ELECTRICITE
Table des matières
TOC \t "GDM Heading 1;1;GDM Heading 2;2;GDM Heading 3;3;GDM Heading 4;4"
Chapitre I: Eléments dintroduction PAGEREF _Toc127950132 \h 4
I.1. La source de courant PAGEREF _Toc127950133 \h 4
I.1.1. La force électromotrice (f.é.m) PAGEREF _Toc127950134 \h 4
I.1.2. La résistance interne et le court-circuit PAGEREF _Toc127950135 \h 5
I.2. La résistance dun conducteur PAGEREF _Toc127950136 \h 5
I.3. Loi dOhm, travail et puissance PAGEREF _Toc127950143 \h 7
I.3.1. Loi dOhm PAGEREF _Toc127950144 \h 7
I.3.2. Le travail ( W) PAGEREF _Toc127950145 \h 8
I.3.3. La puissance P PAGEREF _Toc127950146 \h 9
I.4. Le groupement des résistances PAGEREF _Toc127950147 \h 11
I.4.1. Calcul de la résistance totale PAGEREF _Toc127950149 \h 11
I.5. Dégagement de chaleur par le courant électrique PAGEREF _Toc127950151 \h 18
I.5.1. Leffet Joule PAGEREF _Toc127950152 \h 18
I.5.2. Quantité de chaleur PAGEREF _Toc127950153 \h 19
I.5.3. Calcul de la quantité de chaleur dégagée PAGEREF _Toc127950154 \h 19
I.5.4. Chute de tension PAGEREF _Toc127950155 \h 19
I.5.6. Le court-circuit PAGEREF _Toc127950157 \h 20
I.6. Mode de connexion des ampèremètres et voltmètres. PAGEREF _Toc127950186 \h 21
Chapitre II: Le courant alternatif PAGEREF _Toc127950187 \h 22
II.1. Introduction PAGEREF _Toc127950188 \h 22
II.2. Fonctionnement PAGEREF _Toc127950189 \h 22
II.3. Grandeurs caractéristiques PAGEREF _Toc127950190 \h 23
II.3.1. La période PAGEREF _Toc127950191 \h 23
II.3.2. La fréquence PAGEREF _Toc127950192 \h 23
II.3.3. Valeur effective du courant alternatif PAGEREF _Toc127950193 \h 23
II.3.4. Déphasage PAGEREF _Toc127950194 \h 23
II.4. Représentation vectorielle PAGEREF _Toc127950195 \h 24
II.5. Circuits en alternatif PAGEREF _Toc127950196 \h 24
II.5.1. Circuit composé uniquement de résistances PAGEREF _Toc127950197 \h 25
II.5.2. Circuit composé uniquement de selfs PAGEREF _Toc127950198 \h 25
II.5.3. Circuit composé uniquement de capacités PAGEREF _Toc127950199 \h 26
II.5.4. Circuit mixte PAGEREF _Toc127950200 \h 27
II.6. Puissance en courant alternatif PAGEREF _Toc127950201 \h 27
II.7. Limportance pratique du cos ( PAGEREF _Toc127950202 \h 28
Chapitre III: Circuits montage R, L et C de base PAGEREF _Toc127950223 \h 29
III.1. Circuits RC PAGEREF _Toc127950224 \h 29
III.2. Circuits RL PAGEREF _Toc127950226 \h 30
III.2.1. Puissance dans les circuits RL PAGEREF _Toc127950227 \h 30
III.3. Circuits RLC série PAGEREF _Toc127950228 \h 31
III.3.1. Impedance et angle de phase de circuits serie RLC PAGEREF _Toc127950229 \h 31
III.4. Circuits paralleles RLC PAGEREF _Toc127950230 \h 36
III.4.1. Impédance et angle de phase PAGEREF _Toc127950231 \h 36
III.4.2. Relations entre les courants PAGEREF _Toc127950232 \h 36
III.5. Resonance parallele PAGEREF _Toc127950234 \h 37
III.5.1. Condition pour la résonance parallèle idéale. PAGEREF _Toc127950235 \h 37
III.5.2. Circuit Bouchon PAGEREF _Toc127950236 \h 38
Chapitre IV: La diode 39
IV.1. Définition 39
IV.2. Principe de fonctionnement PAGEREF _Toc128549468 \h 11
IV.2.1. Polarisation directe PAGEREF _Toc128549469 \h 11
IV.2.2. Polarisation inverse PAGEREF _Toc128549470 \h 12
IV.2.3. Conclusion PAGEREF _Toc128549472 \h 12
IV.3. Caractéristiques de la diode PAGEREF _Toc128549473 \h 13
IV.4. Exemple de fonctionnement PAGEREF _Toc128549475 \h 13
IV.5. Le redresseur en pont PAGEREF _Toc128549477 \h 14
IV.5.1. Principe de fonctionnement PAGEREF _Toc128549478 \h 14
IV.5.2. Redresseur en pont avec filtrage capacitif PAGEREF _Toc128549479 \h 15
Eléments dintroduction
La source de courant
La force électromotrice (f.é.m)
Pour les sources de courant, on utilise souvent lexpression force électromotrice (FEM) E que lon confond souvent avec la tension aux bornes U. Cependant ces notions, exprimées toutes les deux en volt, sont différentes.
Tandis que la force électromotrice est la cause, la tension en est seulement la conséquence.
Considérons, par exemple, un élément Volta et supposons quil ne soit pas raccordé à un appareil utilisateur R. Au moyen dun voltmètre, nous mesurons à ses bornes une tension de 1,5 V, qui représente la force électromotrice de cet élément.
Si lélément est raccordé à lappareil utilisateur, la tension à ses bornes change suivant la valeur du courant fourni. Nous ne retrouvons plus cette force électromotrice de 1,5 V mais une tension plus basse.
Dans une source de courant, la force électromotrice E est toujours plus élevée que la tension U aux bornes à circuit fermé, étant donné quun courant traverse la résistance interne de la source, ce qui provoque une chute de tension Ri.I
Dans un circuit fermé (à laide dun utilisateur R) où I ( 0 :
U = E Ri.I avec : E = la force électromotrice ;
U = la tension aux bornes ;
Ri = la résistance interne de la source (en générale très petite) ;
I = le courant fourni par la source.
Dans un circuit ouvert (I = 0) :
U = E
La résistance interne et le court-circuit
Relions les deux pôles dun élément (ou dune source quelconque) par un conducteur en cuivre de grosse section dont la résistance est pratiquement nulle. On dit quil y a un court-circuit. Le courant qui passe alors dans le circuit est important et nest limité que par la résistance interne de lélément. Cette résistance est appelée résistance interne. Il est à remarquer que dans lélément même (source de courant), le courant va du pôle négatif vers le pôle positif.
En pratique, un court-circuit a toujours des conséquences extrêmement dangereuses, à cause des intensités importantes quil provoque.
La résistance dun conducteur
La résistance dun conducteur dépend de trois facteurs qui sont :
la nature (cuivre, fer aluminium,
) ;
la section ;
la longueur.
La résistance dun conducteur est calculée comme suit :
R = EMBED Equation.3 avec R = résistance du conducteur [(] ;
( = la résistance spécifique de la matière [(.mm²/m] ;
EMBED Equation.3 = la longueur du conducteur [m] ;
S = la section du conducteur [mm²].
De cette formule, on peut dire que plus le conducteur sera gros et de faible longueur, plus sa résistance sera faible.
Le coefficient ( (Rho) est la résistance spécifique de la matière, et correspond à la résistance dun conducteur de 1 m de longueur et de 1 mm² de section.
La résistance dun conducteur est également dépendante de la température de celui-ci. Pour cette raison , la valeur de ( est toujours donnée pour une température de 0°C (R0).
Pour obtenir la valeur de la résistance à une température plus élevée, il faut tenir compte du coefficient de température ( (Alpha).
La résistance à une température déterminée (t) est donnée par la formule :
RT = R0 . (1 + ( . t)
Dans le tableau ci-dessous, on donne les valeurs de ( et ( pour quelques conducteurs usuels.
EMBED Excel.Sheet.8
De ce tableau, nous pouvons tirer quelques conclusions :
largent est le meilleur conducteur mais est peu utilisé vu son prix ;
le constantan est utilisé pour la construction de résistance étant donné son faible coefficient de température.
Exercices :
Nous voulons avoir une résistance de 0,125 ( à 0°C avec un conducteur en cuivre de 3 mm² de section. Quelle doit être sa longueur ?
Nous prenons un câble dargent, sa résistance à 70°C est de 6 ( . Sachant que sa section est de 0,5 mm², calculez la longueur de ce câble.
On a un câble en cuivre de 2 cm de diamètre et de 20 km de longueur. Calculez la résistance de ce câble si sa température est de 35°C.
Loi dOhm, travail et puissance
Loi dOhm
Une résistance R et un ampèremètre A sont connectés sur un accumulateur.
La résistance totale du circuit est de 2 (.
Si on ferme linterrupteur S, lampèremètre indique une intensité de 0,7 ampères (A).
En raccordant un voltmètre V aux deux bornes de laccumulateur, nous mesurons quil y a une différence de potentiel (ou tension) de 1,4 volts (V).
Nous constatons que : 0,7 A. 2 ( = 1,4 V.
Ensuite, nous remplaçons la résistance initiale par une autre afin davoir une résistance totale de 4 (.
Lorsque lon ferme linterrupteur S, lampèremètre nous indique une intensité de 0,35 A. En effet, la résistance R étant doublée, le courant diminue de moitié. Malgré tout, le voltmètre indique une tension U de 1,4 V.
Conclusion
Le courant I qui circule dans un circuit électrique est directement proportionnel à la tension U et inversement proportionnel à la résistance R. Cest la loi dOhm.
Lintensité :
I = EMBED Equation.3 en ampère (A)
La tension :
U = R. I en Volt (V)La résistance :
R = EMBED Equation.3 en Ohm (()
Exercices
On alimente une résistance R à laide du source de tension de 100 V. On mesure que lon consomme une intensité de 4 A. Quelle est la valeur de la résistance R ?
Une source de tension de 1 kV alimente une résistance de 0,1 k(.
Quelle est lintensité du courant qui va circuler dans cette résistance ?
Une résistance de 1 m( est parcourue par un courant de 0,1 kA.
Quelle est la valeur de la source de tension qui alimente cette résistance ?
Le travail ( W)
Quest-ce que le travail ?
Le travail, fournit par un courant I, est égal au produit de la tension U par lintensité du courant I qui passe en un point donné pendant un temps (t) donné.
Formules
W = U . I . t
Lunité du travail électrique est le Joule.
Travail = tension. intensité. temps = Energie.
Joule = Volt. Ampère. seconde.
1 Joule = 1 V . 1 A . 1 s = 1 Ws (Watt-seconde) = 1 Nm (Newton-mètre).
1 kWh (kilowattheure) = 1000 W . 3600 sec = 3600000 Nm.
Comme W = U . I . t et que U = R . I, nous pouvons dire aussi que :
W = R . I² . t
Exercices
Quelle énergie électrique est consommée par un chauffage électrique si ce dernier est parcouru par un courant de 6,9 A sous une tension de 230 V et quil fonctionne pendant 6h30min ? (en Joule et en kWh)
Quel est le travail fourni lorsquun courant de 6,9 A alimente une résistance de 500 ( pendant une durée de 19h36 min ?
La puissance P
Quest-ce que la puissance ?
La puissance dun courant électrique est le travail fourni par unité de temps.
Formules
P = EMBED Equation.3 = U . I = R . I²
Puissance = travail / temps ;
= énergie / temps ;
= tension. intensité ;
= résistance. (intensité) ².
Lunité du travail est le Watt.
Watt = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = Volt. Ampère = Ohm. (Ampère)².
La consommation de courant est donnée en Wattheure ou en kilowattheure (compteur).
Par conséquent, le prix de la consommation de courant est toujours calculé en prenant pour base le travail dun appareil.
Prenons le cas où une lampe, dont la puissance est de 60 W, se trouve dans un circuit électrique alimenté par une source de tension de 120 V. Après une heure, nous voyons sur le compteur le chiffre 60 ce qui veut dire que pendant cette heure, on a consommé une énergie de 60 Wh.
Lintensité traversant la lampe vaut : I = EMBED Equation.3 = 0,5 A.
Cette lampe consomme 30 Wh par demi-heure, 60 Wh en une heure, 120 Wh en deux heures
Exercices
Une résistance de 7 ( est parcourue par une intensité de 5A. Quelle quantité dénergie sera consommée après 3,8 h ? Quelle est la puissance de cette résistance ? Combien de temps faut-il pour consommer 26 kWh ?
Un chauffage électrique alimenté en 230 V a une puissance de 3000 W. Si le prix du kilowattheure est de 4,6 francs, que devra-t-on payer si le chauffage fonctionne 12 heures ? Quelle intensité traverse ce chauffage ? Que vaut la résistance de ce chauffage ?
Une lampe de 100 W reste éclairée pendant 1 an (24h/24h et 365 jours). Cette lampe est alimentée sous une tension de 230 V. Quelle est l intensité qui parcourt cette lampe ? Quelle est la résistance de filament constituant cette lampe ? Quel est le prix à payer si le kWh vaut 0,16 ¬ ?
Le groupement des résistances
Groupement en parallèle
Calcul de la résistance totale
Groupement en série
Données :
Prenons un circuit électrique composé de 3 résistances en série (R1, R2 et R3) alimentées par une source de tension U.
Prenons par exemple : R1 = 3 (, R2 = 5 ( , R3 = 7 ( et la tension U = 90 V.
Calculez :
la résistance totale du circuit ;
lintensité I parcourant ce circuit ;
les chutes de tension aux bornes des résistances.
Résolution :
Calcul de la résistance totale :
En fait, nous voulons remplacer un circuit électrique complexe par un circuit électrique équivalent dans lequel la résistance équivalente (résistance totale) Rt créerait le même effet que les 3 résistances du circuit électrique initial.
Nous pouvons directement dire que Rt = R1 + R2 + R3
La résistance équivalente vaut donc: Rt = 3 + 5 + 7 = 15 (.
Calcul de lintensité I du circuit :
Grâce à la loi dohm, nous pouvons trouver lintensité I parcourant le circuit :
I = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 6 A.
Cette intensité de 6 A passe dabord dans R1, puis dans R2 et ensuite dans R3.
Calcul des chutes de tension aux bornes de chaque résistance :
Nous avons trouvé quun courant de 6 A traverse chaque résistance, nous pouvons donc trouver les chutes de tension aux bornes de chaque résistance :
Pour la résistance R1 : UR1 = 6A . 3( = 18 V ;
Pour la résistance R2 : UR2 = 6A . 5( = 30 V ;
Pour la résistance R3 : UR3 = 6A . 7( = 42 V.
Nous pouvons remarquer que : U = 90V = UR1 + UR2 + UR3 = URt ; avec URt = Rt . I.
Conclusions :
la résistance équivalente dun groupement en série est la somme des différentes résistances ;
la résistance équivalente dun groupement série est plus grande que la plus grande des résistances individuelles ;
les différentes résistances qui composent le groupement série sont parcourues par la même intensité de courant ;
Un groupement série ne fonctionne que sil y a une source de tension.
Groupement parallèle
Données :
Prenons un circuit électrique composé de 2 résistances en parallèle (R1 et R2) alimentées par une source de tension U.
Prenons par exemple : R1 = 20 (, R2 = 30 ( et la tension U = 120 V.
Calculez :
la résistance totale du circuit ;
les intensités I, I1 et I2 ;
les chutes de tension aux bornes des résistances.
Résolution :
Calcul de la résistance totale :
En fait, nous voulons remplacer un circuit électrique complexe par un circuit électrique équivalent dans lequel la résistance équivalente (résistance totale) Rt créerait le même effet que les 2 résistances du circuit électrique initial.
I = EMBED Equation.3 avec : I1 = EMBED Equation.3 ; I2 = EMBED Equation.3 et I = I1 + I2.
I = U . EMBED Equation.3 = U. EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 + EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3
La résistance équivalente Rt = EMBED Equation.3 = 12 (
Calcul des courants I, I1 et I2 :
Le courant total I peut être calculé à partir de la loi dOhm : I = EMBED Equation.3
I = EMBED Equation.3 = 10 A
Le courant total I=10A va se diviser en deux courants I1 et I2.
I1 = EMBED Equation.3 = 6 A ; I2 = EMBED Equation.3 = 4 A
Calcul des chutes de tension aux bornes de chaque résistance :
Lorsque deux résistances sont en parallèle, la chute de tension aux bornes de ces deux résistances est la même.
UR1 = UR2 = URt = U = 120 V.
Conclusions :
Lorsque lon a deux résistances en parallèle, la résistance équivalente est égale au produit des résistances divisé par la somme des résistances ;
Dans le cas où lon a plus de deux résistances en parallèle, linverse de la résistance équivalente est égal à la somme des inverses des différentes résistances : EMBED Equation.3 ;
La résistance équivalente est plus petite que la plus petite des résistances constituant le circuit ;
La tension aux bornes de chaque branche en parallèle est identique ;
Pour quun groupement parallèle fonctionne, il faut une source de courant.
Groupement en série-parallèle
Données :
Prenons un circuit électrique composé de 3 résistances (R1, R2 et R3) groupées en série-parallèle et alimentées par une source de tension U.
Prenons par exemple : R1 = 20 (, R2 = 30 (, R3 = 8( et la tension U = 240 V.
Calculez :
la résistance totale du circuit ;
les intensités I, I1 et I2 ;
les chutes de tension aux bornes des résistances.
Résolution :
Calcul de la résistance totale :
En fait, nous voulons remplacer un circuit électrique complexe par un circuit électrique équivalent dans lequel la résistance équivalente (résistance totale) Rt (Rt = Rp + R3) créerait le même effet que les 3 résistances du circuit électrique initial.
Rp = EMBED Equation.3 = 12 (.
Rt = Rp + R3 = 12 + 8 = 20 (.
La résistance équivalente Rt = 20 (.
Calcul des courants I, I1 et I2 :
Grâce à la loi dOhm, on peut calculer le courant I : I = EMBED Equation.3
I = EMBED Equation.3 = 12 A.
Le courant I va se diviser en deux courants I1 et I2. Pour calculer les courants I1 et I2, il faut tenir compte de la chute de tension créée par le résistance R3.
I1 = EMBED Equation.3 = 7,2 A
I2 = EMBED Equation.3 = 4,8 A
Calcul des chutes de tension aux bornes de chaque résistance :
Maintenant que nous connaissons tous les courants, nous pouvons calculer les chutes de tension aux bornes des différentes résistances.
UR1 = I1 . R1 = 7,2 . 20 = 144 V
UR1 = UR2 comme les deux résistances R1 et R2 sont en parallèle.
UR2 = I2 . R2 = 4,8 . 30 = 144 V
UR3 = I3 . R3 = 12 . 8 = 96 V = U - UR1 = U - UR2.
Exercices
Calculez la résistance équivalente, tous les courants et toutes les chutes de tension du circuit électrique se trouvant ci-dessous si :
U = 300 V ; R1 = 10( ; R2 = 20( ; R3 =30( ; R4 = 40( ; R5 = 50(.
Calculez la résistance équivalente, tous les courants et toutes les chutes de tension du circuit électrique se trouvant ci-dessous si :
U = 500 V et que toutes les résistances valent 10(.
Dégagement de chaleur par le courant électrique
Leffet Joule
Expérience
Prenons une résistance variable R et raccordons celle-ci aux bornes dune source de courant. Nous déplaçons le balai B de telle façon que toute la résistance R soit parcourue par le courant.
Lampèremètre nous indique que le courant a une intensité de 1 A. Après un certain temps, nous constatons que la résistance sest échauffée.
Amenons le balai B vers le centre de la résistance R, lintensité est alors de 5 A.
Nous constatons que la partie de la résistance R parcourue par le courant devient incandescente après un certain temps.
Déplaçons ensuite le balai B vers lextrémité de la résistance. Le courant ne parcourant plus qu'une partie de la résistance, lintensité est maintenant de 10 A.
Cette partie de résistance séchauffe fortement et, après un certain temps, atteint son point de fusion.
Conclusion:
Un conducteur parcouru par le courant électrique dégage de la chaleur. Ce phénomène est appelé effet Joule.
Quantité de chaleur
La quantité de chaleur produite par le passage du courant dans le conducteur dépend :
de lintensité ;
de la nature du conducteur, donc de la résistance ;
de la durée de passage de courant.
Calcul de la quantité de chaleur dégagée
Pour calculer la quantité de chaleur dégagée par effet Joule, il faut connaître la valeur des trois facteurs précités : intensité, résistance, durée.
Commençons par chercher le travail fourni en appliquant la formule suivante :
Travail (W) = Tension (U) . Intensité (I) . temps (t).
ou
W = R . I² . t
Chute de tension
Si nous regardons lexemple pris ci-contre, on voit que la tension U aux bornes de la dynamo D est de 24 V.
Par contre, le voltmètre V, branché aux bornes du moteur M, indique une tension de 22,8 V.
Lampèremètre renseigne une intensité de 4 A.
Il existe donc une différence de tension entre la source de courant et le récepteur. Ce phénomène est appelé : chute de tension dans les conducteurs.
La chute de tension dépend de la résistance des conducteurs. Plus la résistance sera grande, plus la chute de tension sera importante.
Par conséquent, il existe une perte de puissance dans les conducteurs qui se transforme en chaleur.
La puissance fournie par la dynamo est : 24 V . 4 A = 96 W ;
la puissance développée par le moteur est : 22,8 V . 4 A = 91,2 W ;
La perte de puissance = 96 W 91,2 W = 4,8 W.
Le court-circuit
Relions deux fils de potentiels différents au moyen dune barre en cuivre.
Nous constatons que le conducteur séchauffe très vite et fond.
Nous avons provoqué un court-circuit, cest-à-dire que la résistance, en loccurrence la lampe, a été pontée. Lintensité dans le conducteur devient tellement élevée quil fond.
Intercalons un fil très fin dans le circuit.
En renouvelant lessai, nous constatons la fusion immédiate de ce fil tandis que les conducteurs restent intacts.
Conclusions
On utilise comme protection du circuit un filament très fin. En cas dintensité élevée, inopinée et dangereuse, le circuit est interrompu automatiquement par la fusion de ce fil.
Tous les circuits électriques doivent être munis dun appareil de sécurité afin déviter les avaries et éventuellement les incendies.
En pratique, on rencontre les appareils de protection suivants :
les fusibles, constitués dun fil calibré en argent ou en cuivre. Ce fil est placé dans un support isolant ;
les disjoncteurs thermiques souvrant à une certaine température sous linfluence dun bimétal ;
les disjoncteurs magnétiques, qui souvrent dès que le courant et la force magnétique atteignent une certaine valeur.
Le courant alternatif
Introduction
Nous avons vu précédemment quun courant continu circule toujours dans le même sens (du
positif vers le négatif à lextérieure de la source).
Un courant alternatif par contre est un courant qui change périodiquement de sens.
Les tensions et courants alternatifs utilisés
dans lindustrie varient comme une
sinusoïde.
Le graphique ci-contre est la représentation graphique dune sinusoïde pour une durée dune période (ou pendant 360°).
Les courants alternatifs fournis par une centrale électrique suivent pratiquement la forme
sinusoïdale.
Une source de courant alternatif est représentée par un cercle dans lequel figure la lettre G et le symbole du courant alternatif.
Il est évident quune source de courant alternatif ne possède pas une polarité fixe vu que cette dernière varie toujours selon un rythme déterminé.
Le courant alternatif ou tension alternative est aussi mentionné sur les instruments de mesure par A.C. (alternating current) ou C.A. (courant alternatif).
Fonctionnement
La tension alternative est produite par un générateur de courant alternatif aussi nommé
alternateur. Nous allons expliquer le principe de lalternateur de façon très simplifiée étant donné
quun chapitre est prévu à cet effet.
Plaçons un conducteur formé dune seule spire entre deux pôles (un pôle nord et un pôle sud). Faisons tourner ce conducteur à vitesse constante.
Le conducteur tournant entre les deux pôles subit une variation de flux. Par la loi de Lenz, nous savons que cette variation de flux donne naissance à une force
électromotrice.
Lintensité de cette force électromotrice est maximale lorsque la spire est dans le même plan que les deux pôles. Elle est nulle lorsque la spire est perpendiculaire au plan formé par les deux pôles.
Grandeurs caractéristiques
La période
Une période est le temps, en seconde, qui sépare deux instants pendants lesquels le courant a la
même valeur et reprend le même sens. La durée dune période est représentée par la lettre T.
La fréquence
Par fréquence, nous comprenons le nombre de périodes par seconde ou : f = EMBED Equation.3
La fréquence est exprimée en Hertz (Hz).
En Europe, la fréquence standard est de 50 Hz alors quen Amérique, elle est de 60 Hz.
Valeur effective du courant alternatif
En général, on utilise la valeur effective du courant alternatif (et de la tension).
Nous retiendrons quun courant alternatif dune valeur effective (Ieff) de 1 A produit la même quantité de chaleur dans une résistance quun courant continu de 1 A dans la même résistance. Il a été constaté que le rapport suivant existe entre Ieff et I max.
EMBED Equation.3
Déphasage
Différentes grandeurs sinusoïdales comme les tensions et les courants peuvent non seulement varier en amplitude, mais également être décalées dans le temps lune par rapport à lautre.
Il existe donc un déphasage entre les deux grandeurs.
e = Emax . sin (t
i = Imax sin ((t - () (avec ( angle positif)
On dit que le courant est en retard sur la tension (la tension est en avance sur le courant) parce
quil faut faire glisser, vers larrière, la courbe de lintensité afin de faire correspondre lintensité
maximum avec la tension maximum.
On dit que les grandeurs sont en phase lorsque langle de déphasage (() = 0, cest-à-dire lorsque
les deux grandeurs sont nulles en même temps et augmentent en même temps. Nous avons ce cas lorsque, par exemple, le circuit nest composé que de résistances.
Deux grandeurs sont en quadrature si le déphasage est de ( 90°. (Lorsque, par exemple, le circuit nest composé que de self).
Les deux grandeurs sont en opposition de phase lorsque langle de déphasage est de 180°.
Représentation vectorielle
On peut représenter le courant alternatif par un vecteur qui tourne dans un plan à une vitesse
angulaire (.
Les conventions suivantes doivent être acceptées :
le vecteur tourne dans le sens anti-horlogique ;
nous prenons la valeur efficace comme longueur du vecteur ;
le déphasage est représenté en partant de lhorizontale vers la droite.
La représentation vectorielle a lavantage quon peut appliquer la théorie vectorielle pour additionner les grandeurs de formes sinusoïdales. Il faut toutefois noter que, sur une figure, les vecteurs de courant alternatif doivent représenter des grandeurs de même fréquence.
Circuits en alternatif
Dans un circuit alimenté en courant alternatif, la relation entre courant et tension ne dépend pas
seulement des résistances du circuit, elle dépend aussi des capacités et des selfs qui se trouvent
dans ce circuit.
Pour tenir compte de tous ces éléments, on a défini une nouvelle grandeur qui sappelle
limpédance et est représentée par la lettre Z.
Circuit composé uniquement de résistances
Lorsque le circuit électrique ne comprend que des résistances, le courant est en phase avec la
tension.
Lintensité du courant est déterminée à laide de la loi dOhm : I = EMBED Equation.3
Nous avons : u = Um.sin (t
Z = R
par conséquent le courant : i = EMBED Equation.3
Circuit composé uniquement de selfs
Lorsque le circuit électrique ne comprend que des selfs, le courant est en retard de 90° sur la
tension.
Limpédance dune self est donnée par : Z = (.L = 2.(.f.L.
Nous voyons donc que, plus la fréquence est importante, plus limpédance est élevée.
Linductance (L) sexprime en Henry [H].
Lintensité du courant est toujours déterminée à laide de la loi dOhm : I = EMBED Equation.3
Nous avons : u = Um.sin (t
Z = (.L = 2.(.f.L
par conséquent le courant : i = EMBED Equation.3
Circuit composé uniquement de capacités
Lorsque le circuit électrique ne comprend que des capacités, le courant est en avance de 90° sur la tension.
Limpédance dune capacité est donnée par : Z = EMBED Equation.3 .
Nous voyons donc que, plus la fréquence est faible, plus limpédance est élevée.
La capacitance (C) sexprime en Farad [F].
Lintensité du courant est toujours déterminée à laide de la loi dOhm : I = EMBED Equation.3
Nous avons : u = Um.sin (t
Z = EMBED Equation.3
par conséquent le courant : I = Um.(.C. sin ((t + 90°)
Circuit mixte
Lorsque lon a un circuit électrique composé de selfs, de résistances et de capacités, il faut
trouver la valeur de limpédance Z.
Nous savons que les résistances ne créent aucun déphasage entre le courant et la tension. Par
contre, les selfs et les capacités créent un déphasage de 90° entre courant et tension.
Par conséquent, limpédance Z peut être calculée par la formule suivante :
Z = EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
La relation entre tension et courant est toujours donnée par : I = EMBED Equation.3
Puissance en courant alternatif
En courant continu, la puissance se calcule par la formule : P = U . I
En courant alternatif, cette relation nest plus valable à cause du déphasage quil peut y avoir
entre le courant et la tension.
En courant alternatif, la puissance se calcule par : P = U . I . cos (
Le courant se compose de deux composantes, soit I.cos ( (qui est la composante active, en phase avec la tension), et I.sin ( (qui est la composante réactive ; celle-ci est en quadrature avec la tension et ne donne pas de puissance).
P =U.I.cos ( appelle la puissance réactive et est celle qui est mesurée par le compteur électrique. Elle sexprime en Watt ou kW.
Q = U.I.sin ( appelle la puissance réactive et sexprime en VAR (Volt-Ampère-réactif).
S = U.I appelle la puissance apparente et sexprime en VA (Volt-Ampère). Cest cette puissance quElectrabel fournit.
Limportance pratique du cos (
Le cos ( sappelle le coefficient de puissance de linstallation. Le facteur de puissance est dune importance technique pour le transport et la distribution dénergie électrique. Cest pourquoi Electrabel exige que tout utilisateur respecte un facteur de puissance minimum.
Pour une puissance donnée, plus le cos ( est faible, plus le courant absorbé est important. Une grande intensité provoque une augmentation des pertes par effet Joule dans les conducteurs.
Circuits montage R, L et C de base
Circuits RC
Limpédance équivalente dun circuit RC série :
Vaut Z = EMBED Equation.3
et le déphasage : Tg EMBED Equation.3
Sur le dessin des tensions, on voit que VR est en avance de 90° sur VC et de (90° -() sur Ven et que VC est en retard de ( sur Ven.
La tension aux bornes des éléments vaut :
VC = EMBED Equation.3 Ven = EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
De ces propriétés, en se connectant aux bornes de la résistance ou de la capacité on peut obtenir avance ou retard de phase ou filtre passe-haut ou passe-bas.
Circuits RL
Tout ce qui a été dit sur les circuits RC peut être transposé aux circuits RL, qui peuvent également être utilisés comme filtre.
Nous nous contenterons daborder ce sujet sous langle de la puissance car la principale application est le moteur.
Puissance dans les circuits RL
Dans un circuit c.a. purement résistif, toute lénergie déployée par la source est dissipée sous forme de chaleur par la résistance. Dans un circuit c.a. purement inductif, toute lénergie déployée par la source est emmagasinée dans le champ magnétique de la bobine durant une portion du cycle de la tension et ensuite retournée vers la source durant lautre portion du cycle. Il ny a donc ainsi aucune conversion dénergie en chaleur. Lorsquil existe à la fois une résistance et une bobine, une partie de lénergie est alternativement emmagasinée puis retournée par linductance et une partie est dissipée par la résistance. La quantité de conversion de lénergie en chaleur est déterminée par les valeurs relatives de la résistance et de la réactance inductive.
Lorsque la valeur de la résistance est plus élevée que celle de la réactance inductive, une plus grande quantité dénergie transmise par la source est dissipée par la résistance, par rapport à la portion emmagasinée puis retournée par linductance. Lorsque la valeur de la réactance est plus élevée que celle de la résistance, une plus grande portion dénergie est emmagasinée puis retournée, par rapport à la portion convertie en chaleur.
Nous savons que la puissance dans une résistance sappelle la puissance active. La puissance dans une inductance se nomme la puissance réactive et est exprimée par :
Pr = I2XL avec XL = ( L
Triangle de puissance
Le triangle de puissance général dun circuit RL est illustré ci-dessous.
La puissance apparente, Pa , est la résultante de la puissance active Pact et de la puissance réactive Pr.
Nous nous rappelons que le facteur de puissance FP = cos (.
A mesure que langle de phase entre la tension appliquée et le courant total augmente, le facteur de puissance diminue, indiquant aussi une augmentation du degré réactif du circuit. Plus le facteur de puissance est faible, plus la puissance active est faible comparée à la puissance réactive.
Circuits RLC série
Impedance et angle de phase de circuits serie RLC
Un circuit série RLC comprend à la fois une induction et une capacité. Puisque la réactance inductive et la réactance capacitive ont des effets opposés sur langle de phase du circuit, la réactance totale est inférieure à lune ou lautre des réactances individuelles.
Comme vous le savez, la réactance inductive (XL) provoque un retard du courant par rapport à la tension appliquée. La réactance capacitive (XC) provoque leffet contraire : le courant est en avance sur la tension. Ainsi, les réactances XL et XC ont tendance à se repousser entre elles. Lorsquelles sont de valeur égale, elles sannulent pour donner une réactance totale de zéro. Pour tous les cas, la réactance totale dun circuit série est :
Xtot = (XL - XC(
Le terme (XL - XC( désigne la valeur absolue de la différence entre les deux réactances. Donc, le résultat et toujours de signe positif peu importe quelle réactance est la plus élevée. Par exemple, 3 7 = -4, mais la valeur absolue est :
(3 - 7( = 4
Lorsque XL ( XC, le circuit est à prédominance inductive, tandis quil possède une prédominance capacitive lorsque XC ( XL.
Limpédance totale du circuit série RLC est donnée par la formule :
Ztot = EMBED Equation.3
alors que langle de phase entre VS et I se calcule selon la formule :
( = arctg EMBED Equation.3
La réactance totale dun circuit série RLC typique se comporte de la manière suivante : initialement à une fréquence très basse, XC est élevé, XL est faible et le circuit est à prédominance capacitive. A mesure que la fréquence est augmentée, XC diminue et XL augmente jusquà ce quune fréquence soit atteinte où XC = XL et que les deux réactances sannulent, rendant le circuit purement résistif. Cette condition est la résonance série ; nous lexaminerons plus loin. Lorsque la fréquence est augmentée encore plus, XL devient plus élevé que XC et le circuit est à prédominance inductive.
Dans un circuit série RLC, la tension du condensateur et la tension de la bobine sont toujours déphasées de 180° entre elles. Pour cette raison, VC et VL se soustraient mutuellement et la tension aux bornes de la combinaison L et C est toujours moindre que la tension individuelle de lun ou lautre des éléments.
Resonance serie
Dans un circuit série RLC, la résonance série se produit lorsque XL = XC. La fréquence pour laquelle la résonance se produit est appelée la fréquence de résonance et est désignée par (r.
XL et XC sannulent lors de la résonance
A la fréquence de résonance série, les tensions aux bornes de C et de L sont identiques car les réactances sont égales et quun même courant les traverses, puisquelles sont en série (IXC = IXL). Egalement, les tensions VL et VC sont toujours déphasées de 180° lune de lautre.
Durant nimporte quel cycle donné, les polarités des tensions aux bornes de C et de L sont contraires. Les tensions contraires et de même valeur aux bornes de C et de L sannulent, laissant une tension de zéro volt entre les points A et B. Puisquil nexiste aucune tension entre A et B mais quil existe un courant, la réactance totale est égale à zéro. Egalement, le diagramme vectoriel des tensions illustre que les tensions VC et VL sont égales, mais déphasées de 180° entre elles.
La fréquence de résonance série
Pour un circuit série RLC donné, la résonance se produit à une seule fréquence spécifique. La formule de la fréquence de résonance est développée à partir des éléments suivants :
XL = XC
Substituons les formules des réactances.
2((rL = EMBED Equation.3 doù (r = EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Tensions et courant dans un circuit série RLC
Il est intéressant danalyser comment le courant et les tensions varient dans un circuit série RLC à mesure que la fréquence est augmentée, dabord au-dessous de la fréquence de résonance, lors de la résonance et ensuite au-dessus de celle-ci.
Au-dessous de la fréquence de résonance. A la fréquence ( = 0 Hz (c.c.), le condensateur se présente comme un circuit ouvert et bloque le courant. Il ny a donc aucune tension aux bornes de R ou de L et toute la tension de la source se retrouve aux bornes de C. Limpédance du circuit est infiniment grande à 0 Hz puisque XC est infini (C est ouvert). Lorsque la fréquence commence à augmenter XC diminue et XL augmente, causant une diminution de la réactance totale XC XL. Donc limpédance diminue et le courant augmente. A mesure que le courant augmente, VR , VC et VL augmentent également. La tension aux bornes de la combinaison de C et L diminue de sa valeur maximale VS, puisque la différence entre les tensions VC et VL diminue, leurs valeurs respectives devenant plus rapprochées lune de lautre.
A la fréquence de résonance. Lorsque la fréquence atteint sa valeur de résonance (r, VC et VL sont tous les deux beaucoup plus élevés que la tension de la source. VC et VL sannulent, laissant 0 V aux bornes de la combinaison, puisquils sont égaux mais de phases opposées. A ce moment limpédance totale est égale à R, soit à sa valeur minimale, puisque la réactance totale est nulle. Le courant est donc à sa valeur maximale, soit VS /R de même que la tension VR dont la valeur est identique à celle de la tension de la source.
Au-dessus de la fréquence de résonance. A mesure que la fréquence est augmentée au-dessus de la résonance, XL continue daugmenter et XC continue de diminuer accroissant la réactance totale XL XC. Il y a donc une augmentation en impédance et une diminution en courant. A mesure que le courant diminue, VR , VC et VL diminuent également. VC et VL diminuant, leur différence augmente, causant une augmentation de VCL. A une fréquence très élevée, le courant devient infime ainsi que les tensions VR et VC. La valeur de VL sapproche alors de Vs.
Les figures illustrent les réponses en tension et en courant en fonction de laugmentation en fréquence. A mesure que la fréquence augmente, le courant augmente pour atteindre le sommet lors de la fréquence de résonance et ensuite diminuer. La tension aux bornes de la résistance se comporte de la même manière que le courant.
Les pentes générales des courbes des tensions VC et VL sont illustrées aux figures. Les tensions sont maximales à la résonance et diminuent au-dessus et
en-dessous de (r. A la résonance, les tensions aux bornes de L et de C sont identiques, mais déphasées de 180° et sannulent. La tension totale aux bornes de L et C est nulle alors que VR = Vs ; Individuellement, VL et VC peuvent être beaucoup plus élevées que la tension de la source. Rappelez-vous que VL et VC sont toujours de polarités inverses peu importe la fréquence et quils ne sont égaux quà la résonance. La tension aux bornes de la combinaison C et L diminue à mesure que la fréquence augmente pour atteindre une valeur minimale de zéro à la fréquence de résonance. Elle augmente ensuite à nouveau au-dessus de la résonance.
Circuits paralleles RLC
Impédance et angle de phase
Le circuit ci-dessous consiste en une combinaison parallèle de R, L, et C.
Limpédance totale est EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Langle de phase du circuit est donné par la formule suivante :
EMBED Equation.3
Lorsque la fréquence est au-dessus de sa valeur de résonance (XC ( XL), limpédance du circuit est à prédominance capacitive puisque le courant capacitif est plus élevé et que le courant total est en avance sur la tension de la source. Lorsque la fréquence est en-dessous de sa valeur de résonance (XL ( XC), limpédance du circuit est à prédominance inductive et le courant total est en retard sur la tension de la source.
Relations entre les courants
Dans un circuit parallèle RLC, le courant de la branche capacitive et le courant de la branche inductive sont toujours déphasés de 180° lun par rapport à lautre (en négligeant toute résistance de bobine). Pour cette raison IC et IL se soustraient lun de lautre. Ainsi, le courant total dans la branche de la combinaison de L et C est toujours inférieur aux courants des branches individuelles. Bien entendu, le courant de la branche résistive est toujours déphasé de 90° par rapport aux courants réactifs.
Le courant total sexprime donc par :
Itot = EMBED Equation.3
Langle de phase peut également être exprimé avec les courants des branches par :
( = arctg (ICL)
( IR)
où ICL est (IC - IL(, soit le courant total dans les branches de L et de C.
Resonance parallele
Condition pour la résonance parallèle idéale.
Idéalement, la résonance parallèle se produit lorsque XL = XC. La fréquence pour laquelle la résonance se produit est appelée la fréquence de résonance, tout comme dans le modèle série. Lorsque XL = XC, les courants des deux branches IC et IL, sont égaux et bien entendu déphasés de 180° lun par rapport à lautre. Ainsi, les deux courants sannulent et le courant total est de zéro. Dans ce cas idéal, la résistante denroulement de la bobine est négligée et donc de valeur nulle.
Puisque le courant total est de zéro, limpédance du circuit parallèle LC est infiniment grande ((). Ces conditions idéales de résonance sont énoncées dans les équations suivantes :
XL = XC
Zr = (
La fréquence de résonance parallèle
Pour un circuit résonnant parallèle idéal, la fréquence pour laquelle la résonance se produit est déterminée par la même formule que celle des circuits résonnants série.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Courants dans un circuit résonnant parallèle
Il est intéressant de voir de quelle façon les courants varient dans un circuit LC parallèle à mesure que la fréquence est augmentée sous la valeur de résonance, lors de la résonance et ensuite au-dessus de la valeur de résonance. Pour des fréquences très basses, la valeur de XC est très élevée et celle de XL est très faible, alors que presque tout le courant traverse L. A mesure que la fréquence augmente, le courant traversant L diminue et le courant traversant C augmente, causant une diminution du courant total. Le courant total est donc la différence entre les courants des deux branches, puisque IL et IC sont constamment déphasés de 180° lun de lautre. Durant ce temps, limpédance augmente, étant donné la diminution du courant total.
Lorsque la fréquence atteint la valeur de résonance (r , XC et XL sont égaux. Les courants IC et IL sannulent puisquils sont de même amplitude et de phases contraires. A ce moment, le courant total est nul. Puisque Itot est nul, Z est infini. Donc le circuit parallèle LC idéal se présente comme un circuit ouvert à la fréquence de résonance.
A mesure que la fréquence est augmentée au-dessus de la résonance, XC continue à diminuer et XL continue daugmenter, tandis que les courants des branches redeviennent de valeurs différentes, IC redevenant de valeur plus élevée. Donc le courant total augmente et limpédance diminue. Lorsque la fréquence devient très élevée, limpédance devient très faible à cause de la prédominance dune très faible valeur en XC en parallèle avec une valeur en XL très grande.
Circuit Bouchon
Le circuit LC résonnant parallèle est souvent appelé circuit bouchon. Ce terme fait référence au fait que le circuit résonnant parallèle emmagasine lénergie dans le champ magnétique de la bobine et dans le champ électrique du condensateur. Lénergie emmagasinée est transférée dans un mouvement de va-et-vient entre le condensateur et la bobine à chaque demi-cyle alternatif, pendant que le courant change constamment de direction lorsque la bobine donne son énergie pour charger le condensateur et vice versa.
a) La bobine donne lénergie à mesure b) Le condensateur se décharge à mesure
que le condensateur se charge que la bobine reprend lénergie
La diode
Définition
Une diode est formée dun cristal semi-conducteur qui possède 2 zones. Une diode est donc une jonction P-N.
Principe de fonctionnement
On va voir ce qui se passe lorsque lon raccorde la diode à une source de tension continue. Le raccordement entre la source de tension continue (batterie) et la diode peut se faire de deux façons.
Polarisation directe
Le pôle - de la source est raccordé à la zone N, le pôle + à la zone P. Les électrons libres sont amenés du pôle négatif de la batterie à la zone N, ce qui rend celle-ci négative par rapport à la zone P.
Une grande force dattraction apparaît entre les électrons de la zone N et les trous de la zone P. Cette force dattraction fait passer les électrons de la zone N à travers la zone limite tandis que les trous de la zone P arrivent dans la zone N.
Les électrons arrivant dans la zone P sont absorbés par le pôle +. Nous pouvons constater quun courant électrique traverse la jonction P-N.
Quand la diode est raccordée de cette manière, on dit quelle est raccordée dans le sens passant (appelé aussi sens direct).
Polarisation inverse
Le pôle + de la source est raccordé à la zone N, le pôle - à la zone P. De par les forces dattraction que le pôle positif de la batterie exerce sur les électrons chargés négativement de la zone N, ceux-ci sont attirés vers lextérieur du cristal, dans la direction du raccordement avec le pôle positif.
Il se produit la même chose avec les trous de la zone P : ceux-ci se déplacent vers le pôle négatif. La jonction P-N se comporte à présent comme un isolateur ; elle est raccordée dans le sens de blocage (appelé aussi sens inverse).
Conclusion
On dispose donc dun constituant qui laisse passer le courant dans un sens mais pas dans lautre. Ce constituant est appelé diode au germanium ou diode au silicium.
Remarque :
La diode est une soupape électronique. Pour que la diode laisse passer le courant dans le sens direct, il faut vaincre un certain seuil de tension.
Ce seuil de tension est de 0,7 V pour les diodes au silicium et de 0,2 à 0,3 V pour les diodes au germanium.
Représentation :
Caractéristiques de la diode
Comme on la vu ci-dessus, la diode fonctionne de manière différente selon son raccordement avec une source de tension continue.
Dans une diode, il y a deux caractéristiques :
- la caractéristique directe (polarisation en sens direct);
- la caractéristique inverse (polarisation en sens inverse).
SHAPE \* MERGEFORMAT
Lors de la polarisation en sens direct, on voit que, tant que lon na pas passé le seuil de tension, le courant augmente moins vite que la tension. Lorsque le seuil de tension est dépassé, le courant est proportionnel à la tension.
Lors de la polarisation en sens inverse, on remarque que le courant augmente très faiblement ( I ( 0), puis augmente brusquement lorsque lon dépasse une certaine tension appelée tension de claquage.
Exemple de fonctionnement
Prenons, par exemple, le cas où une source de tension alternative alimente une résistance R. Regardons la forme du courant absorbé par cette résistance si on place une diode entre la source de tension et la résistance.
On remarque quen sens direct, le courant est transmis à la résistance alors quen sens inverse, aucun courant nest transmis.
Le redresseur en pont
Principe de fonctionnement
Le redresseur en pont représenté ci-dessous est un redresseur monophasé constitué de 4 diodes.
Le redresseur permet de redresser le courant, cest-à-dire lempêcher de changer de sens.
Lorsque la borne 1 est positive par rapport à la borne 2, le courant passe par la diode D2, la résistance R et ensuite par la diode D3.
Lorsque la borne 2 est positive par rapport à la borne 1, le courant passe par la diode D4, la résistance R et ensuite par la diode D1.
On peut donc remarquer que le courant qui passe dans la résistance a toujours le même sens.
Redresseur en pont avec filtrage capacitif
Dans ce cas, on ajoute une capacité en parallèle avec la résistance. Cette capacité a pour but de diminuer les variations de tension aux bornes de la résistance afin davoir un courant plus ou moins continu.
La capacité se charge lorsque la tension du réseau est supérieure à la tension de la capacité (a-b et c-d) et se décharge lorsque la tension du réseau est inférieure à la tension de la capacité (b-c).
Exemples de questions à choix multiples
ELECTRICITE - GENERALITES
1. Dans un groupement de résistances en parallèle :
le courant est commun à toutes les résistances ;
la résistance équivalente est la somme des résistances ;
la tension est commune à toutes les résistances
2. Lorsqu'on dit que la tension d'alimentation d'une installation domestique est de 230 V, cette valeur est la valeur :
a) efficace ;
b) instantanée ;
c) maximale
MECANIQUE
3. Quelle est la relation correcte entre la force, la masse et laccélération?
a) F = m . a
b) EMBED Equation.3
c) F = m . a2
4. Le couple de serrage dun écrou vaut 10 Nm. Quelle force en Newton doit exercer un technicien sur la clé dynamométrique suivante?
2 N
20 N
200 N
ELECTRICITE - COURANTS FORTS
5. La plaque signalétique dun transformateur idéal comporte les données suivantes :
Uprim = 220 V
Usec = 110 V
En charge, le courant au primaire Iprim = 4 A. Quel courant circule dans le secondaire ?
a) 2 A ;
b) 4 A ;
c) 8 A.
6. Quelle valeur indiquera le voltmètre placé aux bornes de la diode Si ?
a) 0,6V ;
b) 6V ;
c) 60V.
ELECTRICITE COURANTS FAIBLES
7. Quelle est la valeur de la capacité équivalente entre les points A et B ?
a) 10 nF
b) 28 nF
c) 80 nF
8. Le circuit suivant est
a) Un monostable flip flop
b) Un bistable flip flop
c) Un trigger de Schmitt
B-TC822ELECTRICITERéf.: M/BT/FORT/0010
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B-TC - Documentation formationRéf.: M/BT/FORT/010
Date: 16.02.2006
Page. PAGE 1 / NUMPAGES 47ELECTRICITE
REDIGEVERIFIEAPPROUVEFonction
Nom
70 V
Attention : les échelles sont différentes à gauche et à droite
R
C
~
Ven
VC
Ven
VR
(retard de phase)
Æ
¸
Pa (apparente)
Pact (active)
Pr (réactive)
Æ
XC
XL
R
Z
Résonance série
Capacitif
XC > XL
Inductif
XL > XC
0
fR
f (Hz)
Réactance
~
0V
+
-
-
+
~
0V
+
-
-
+
~
0V
VR
VR
A
B
A
B
A
B
VR
Xtot = 0
(a)
(b)
(c)
VC
VL
VC
VL
fr
fr
fr
VL
VC
VR
(d)
90°
- 90°
EMBED Equation.3
I
VR
fr
f
fr
f
a) Courant
b) Tension aux bornes de la résistance
fr
VS
IXC
VS
f
VC
c) Tension aux bornes du condensateur
f
VL
c) Tension aux bornes de la bobine
IXL
fr
VS
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
VS
IC et IL se soustraient
DFRSO g h x À Ra"»¼½Ç} ~ øâ͹§ÍÍ{Í{ÍÍͧ͹Ísk`UJsk`hÎjJh¸0mH sH hÎjJhA´mH sH hÎjJhÎjJmH sH hÎjJmH sH h¸0mH sH +hq²hÎjJ5CJOJQJ^JaJmH sH +häg¢hÎjJ>*CJOJQJ^JaJmH sH "hÎjJCJOJQJ^JaJmH sH 'hëS?hÎjJ5OJQJ^JaJmH sH (häg¢hÎjJCJOJQJ^JaJmH sH +häg¢hÎjJ5CJOJQJ^JaJmH sH h¸0mHsH EFRSJ K g h x y ù 5
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