Bases de l’électricité • • • • • • • • Courant Tension Résistance Loi d’Ohm Montage série Montage paralléle Effet Joule Electromoteur Introduction : La MATIERE Constitué de particules Molécules formés de plusieurs Atomes de nature différentes Matières & Éléments Atomes Courant Tuyau Conducteur Eau Electrons Le courant électrique est la conséquence d’un déplacement d’électron dans un matériau Il est semblable au déplacement de l’eau dans un tuyau Tension Tuyau Pression Conducteur Tension Eau Electrons Pour que les électrons puissent se déplacer, ils doivent être soumis à un champs électrique. Ce champ est créé lorsqu’il existe une tension aux bornes du conducteur. Résistance La résistance électrique d’un dipole est la propriété qu’il a à laisser passer plus ou moins facilement le courant électrique Grandeurs & Unités • Courant [I] [A] • Tension [U] ⇒ • Résistance [R] ⇒ [Ω] ⇒ Ampère Volt Ohm [V] Comparaison électricitéHydraulique Circuit Hydraulique Circuit Électrique Charge Charge I Q Energie + - Energie Loi d’Ohm • C’est une relation entre la tension, le courant et la résistance. • Si l’on connait 2 des grandeurs, on peut en déduire la troisième. U=RxI Loi d’Ohm U= RxI I = R= U R U I U : Tension I : Courant R : Résistance Montage série 6V 10,8 V 7,2 V 15 Ω 27 Ω 18 Ω R1 R2 R3 + 24 V 0,4 A Rt = R1 + R2 + R3 = 15 + 27 + 18 = 60Ω U 24 I= = = 0,4 A Rt 60 U R1 = R1 × I = 0,4 ×15 = 6V U = U R1 + U R 2 + U R 3 = 6 + 10,8 + 7,2 = 24 V Montage série • Les résistors sont mis bout à bout et forment un seul circuit. • La résistance totale est la somme de toutes les résistances • L’Intensité est la même pour tous les résistors • Les tensions s’ajoutent Montage parallèle It = 2,5A 1,6 A 24 V R2 27 Ω 24 V R1 + 15 Ω 24 V 0,9 A R1 × R2 15 × 27 Rv = = ≈ 9,64 Ω R1 + R2 15 + 27 U 24 It = = ≈ 2,5 A Rv 9.64 U 24 = = 1,6 A I R1 = R1 15 It = 3,8 A 1,6 A 0,9 A R3 18 Ω R2 27 Ω 24 V R1 + 15 Ω Montage parallèle 1,3 A 1 1 1 1 1 = + + +...+ Rv R1 R2 R3 Rn 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + = + + ≈ 0,1592 ⇒ Rv ≈ ≈ 6,28 Ω 0,1592 Rv R1 R2 R3 15 27 18 I t = I R1 + I R 2 + I R 3 = 1,6 + 0,9 + 1,3 = 3,8 A Montage parallèle • Des résistors sont montés en parallèle ou en dérivation quand leurs extrémités aboutissent aux mêmes bornes d’alimentation • La tension est la même aux bornes de chacun des résistors • Le courant est la somme de tous les courants passant dans les résistors • Le courant le plus fort passe dans la résistance la plus faible L’effet Joule EFFET JOULE Energie électrique Energie Thermique L’ ENERGIE W = R x I² x t LA PUISSANCE P = R x I² Perte dans un conducteur L’électromoteur en générateur I •En fonctionnement générateur, l’électromoteur fournit de la puissance. z ZxI U •I est en sens contraire de U I E U=E–ZxI RECEPTEUR L’électromoteur en récepteur I •En fonctionnement récepteur, l’électromoteur consomme de la puissance. z ZxI •I est dans le même sens U I que U E U=E+ZxI GENERATEUR Bilan des puissances Puissance utile Pu = U x I Puissance absorbée Pa Pertes mécaniques, Fer,… Pertes Joules Pj = r x I² Les bases de l’électromagnétisme Champ Magnétique N Champs Magnétique Induction Magnétique B S L’induction magnétique est l’intensité du champ magnétique en un point de l’espace. Elle est noté B et s’exprime en Tesla Création d’un champ magnétique par un bobinage + I Noyau de fer doux Bobinage S Tension La La circulation circulation dd ’un ’un courant courant continu continu dans dans un un bobinage bobinage autour autour dd ’un ’un noyau noyau de de fer fer doux doux permet permet de de créer créer un un champ champ continue N - B magnétique magnétique dont dont la la polarité polarité est est en en fonction fonction du du sens sens du du courant courant Création d’une Tension induite Champ magnetique magnetique Champ N Conducteur Conducteur + - Mouvement Mouvement Tension S Aimant fixe et conducteur tournant E=B x l x v V Principe de l’alternateur Champ Magn Magnétique Champ étique N F I Conducteur Conducteur F Mouvement Mouvement S Tension Forces électromagnétiques Dans un alternateur, on a : Conducteur fixe - aimant tournant Le courant alternatif – systèmes monophasés Types de signaux Courant continu V o l t a g e DC, AC , PWM + _ Time Steady Dc Voltage Courant sinusoïdal V o l t a g e + _ Time Pulse Width Modulation 50% Duty Cycle V o l t a g e + _ Time 10% Duty Cycle 90% Duty Cycle Grandeurs d’une sinusoïde Tension + T e n s i o n Amplitude = U max. RMS RMS (0.707 Tension max.) (0.707 Tension max.) Alternance Positive U efficace vraie. T/2 Alternance Négative T Cycle = 360° F(Hz) = 1/T(s) U max. = U eff./0,707 Temps Sinusoïde 50 hz Tension T Temps T/2 0,02 sec Durée d ’un cycle pour une fréquence de 50 Hz : F = 50 Hz F = 1/T T = 1/50 = 0,02 sec. T = 1/F Mesure d’une source continue Polarité inversé Unité de la mesure Position : V= Le sens des cordons a une importance - + Batterie Mesure d’une tension alternative Unité de la mesure Touche fréquence Hz Position : Vac Le sens des cordons n ’a pas d’importance Schématisation d’un alternateur à 2 pôles Encoches Bobinage du Pole Nord N Rotor Bobinage du rotor Pole Sud stator Stator S Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement de l ’alternateur monophasé Enroulement composé de conducteurs Noyau de fer bobiné S N S N N S N S T E N S I O N Temps Alternateur 4 pôles 4 pôles = 2 paires de pôles N S S N T E N S I O N Rotor 2 pôles Temps Rotor 4 pôles Fréquence = Nombre de pôles X Vitesse (tr/min) 2 60 Pour une même vitesse, en augmentant le nb de pôles ,on augmente la fréquence. Principe de fonctionnement de l’alternateur triphasé 360° U(v) 360° Enroulement 1a N 240° NN Enroulement 3a Enroulement 3b S SS N NN N S S S Enroulement 2b S 240° 120° 120° Enroulement 2a Enroulement 1b T(s) Tensions alternatives triphasées Tension V3 V1 V2 V3 V1 240° 120° V2 120° T Temps 240° Trois tensions d ’amplitude et de période identique décalées de 120° et 240° Tension alternative triphasée V1 V Ph1 V V1 Ph3 V V Temps T Temps T Temps V2 V Ph2 T V2 V3 V V3 Les tensions triphasées sont engendrés par un générateur comprenant 3 éléments monophasés qui produisent 3 tensions sinusoïdales de mêmes valeur, de même fréquence, mais déphasées entre elles de 1/3 de période ( 120° ) Tensions simples et tensions composées Ph1 E Ph1 U12 V1 U12 = V1 - V2 V S E Ph2 U31 Ph2 U23 V2 V U23 = V2 - V3 V S E Ph3 V2 V1 Ph3 V3 S V V3 V U31 = V3 - V1 V N Exercices Questions?
