Générateurs et récepteurs
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Athénée Royal de Pepinster 5 TEA Electrotechnique Générateurs et récepteurs Les générateurs de tension Ils ont comme rôle de fournir du courant électrique (ou de l’énergie électrique) à un circuit extérieur. Ils doivent donc entretenir le mouvement des électrons. En continu, les générateurs sont par exemple les piles et les accumulateurs. En alternatif, on a par exemple les alternateurs. Le symbole d’un générateur de tension est : I U source de tension idéale continue source de tension idéale alternative En général, un générateur se compose d’une résistance interne (r) en et d’une force électromotrice (F.E.M.) E en Volts. Le fait d’avoir une résistance interne va engendrer une chute de tension r . I et donc une dissipation de chaleur équivalente à r . I². Il est donc obligatoire d’avoir la plus petite résistance interne possible. La représentation complète d’un générateur est donc : E r Avec U = E – r . I B C I A rI Générateurs et récepteurs -1- Athénée Royal de Pepinster 5 TEA Electrotechnique La puissance totale fournie par le générateur idéal est Pf = E . I Les pertes par effet Joule dans la résistance interne sont PJ = r . I2. La puissance utilisable dans le circuit extérieur est Pu=(V A – VB) . I = (E – r . I) . I = E . I – r . I 2. Le rendement du générateur est : η = PU / PF (doit être < 1). Les récepteurs de tension C’est un appareil qui absorbe de l’énergie électrique sous tension constante, appelée force contre électromotrice (f.c.é.m.), ceci quel que soit le courant qui le traverse. Le symbole d’un récepteur de tension est : I E récepteur de tension idéale récepteur de tension idéale alternative En général, un récepteur se compose d’une résistance interne (r) et d’une force contre-électromotrice (elle s’oppose au passage du courant) E. La représentation complète d’un récepteur est donc : E r B C I Avec U = E + r . I A rI Générateurs et récepteurs -2- Athénée Royal de Pepinster 5 TEA Electrotechnique La puissance absorbée par le récepteur idéal et transformée (en énergie mécanique, par exemple, si l’on modélise un moteur à courant continu) est Pr = EI. Les pertes par effet Joule dans la résistance interne sont : PJ = rI2. La puissance totale absorbée par le récepteur réel est : Pa = (VA – VB)I = (E + rI)I = EI + rI2. Certains récepteurs (selfs, condensateurs) peuvent avoir temporairement un comportement de générateur et suivront cette convention de signe, alors que des générateurs sont parfois utilisés comme récepteurs : on utilisera alors cette convention. Attention à la méprise ! Si dans un schéma, le calcul du courant circulant dans un générateur et de la tension présente à ses bornes indiquent que le courant rentre par le pôle positif, alors ce générateur est utilisé en récepteur. Par exemple, la machine à courant continu, est utilisée aussi bien en dynamo (générateur) qu’en moteur (récepteur). Un moteur électrique que l’on freine devient générateur. Exemple de composant passif utilisé comme générateur : le condensateur "réservoir d'énergie", très utilisé en électronique (filtrage des alimentations, découplage). Une batterie en phase de charge est un générateur devenu récepteur pour quelques temps. Les générateurs de courant Ils sont appelés : générateurs de Norton. Ce sont les photodiodes, les photopiles, les inductances transformant l’énergie magnétique stockée en énergie électrocinétique durant un court intervalle de temps. Afin d’être insensible aux variations de d.d.p. à ses bornes, un générateur idéal de courant doit posséder une résistance interne infinie. La tension à ses bornes devant pouvoir varier instantanément, la capacité en parallèle avec lui doit être nulle également. Générateurs et récepteurs -3- Athénée Royal de Pepinster 5 TEA Electrotechnique Le symbole d’un générateur de courant est : I0 I0 ancien symbole à éviter symbole à employer En général, un générateur de courant est l’association, en parallèle, d’un générateur idéal de courant et d’une résistance interne. A I C i I0 r B La d.d.p. aux bornes du générateur réel est VA-VB = ri La loi des nœuds appliquée en C donne : I0 = I + i La puissance totale débitée par le générateur est Pf = (VA – VB)I0 Les pertes par effet Joule sont : PJ = ri2 La puissance fournie au circuit extérieur est Pu = (VA – VB)I = (VA – VB) (I0 – i) = (VA – VB)I0 - (VA – VB)i Soit Pu = Pf – (ri)i = Pf - PJ Le rendement du générateur est 2 Pu VA VB I 0 ri V V i i 1 A B 1 Pf I0 VA VB I 0 VA VB I 0 Générateurs et récepteurs -4- Athénée Royal de Pepinster 5 TEA Electrotechnique Les récepteurs de courant Récepteur de courant Ce sont certains tubes électroniques, les canons à électrons, les transistors bipolaires, les transistors à effet de champ, etc. Leur véritable nom est récepteur à courant commandé, car il y a toujours une source d’énergie extérieure. Le récepteur de courant absorbe de la puissance électrique sous intensité constante. Il se distingue d’un générateur par le signe de la d.d.p. aux bornes. A r VA > VB , VA – VB > 0 I0 B Le circuit extérieur fournit de la puissance au récepteur. Il en fournit également à la résistance interne. Réversibilité Définition Un générateur est réversible en tension si la tension à ses bornes peut changer de signe. Un générateur est réversible en courant si le courant peut s’inverser dans la branche dans laquelle il est inséré. Générateurs et récepteurs -5-
