| E6 | De l'alternatif au continu |
| Tension du secteur | ||
| Transformation | Redressem*nt | Lissage |
| QTP | ||
1) Fonctionnement des récepteurs électriques.
Les récepteurs électriques habituellement utilisés peuvent se ranger endeux catégories:
a) Les appareils qui fonctionnent directement sous la tension du secteur: les appareils de chauffa*ge (four, réchaud, fer à repasser), d'éclairage (lampe à incandescence, tubes luminescents) ou les récepteurs contenant des moteurs (machine à laver, réfrigérateur, tondeuse à gazon, mixeur, perceuse...)
b) Les récepteurs électroniques: ordinateurs, chaîne Hi fi, radio-cassettes, qui ne fonctionnent pas en alternatif mais en courant continu.
D'ailleurs, certains de ces appareils peuvent fonctionner sur piles et possèdent un adaptateur externe permettant de remplacer l'énergie très coûteuse des piles par celle du secteur. Dans un ordinateur de bureau ou une chaîne Hi fi, l'adaptateur est interne, il constitue la partie alimentation de l'appareil.L'adaptateur permet d'obtenir une basse tension continue à partir du 230V alternatif de la prise du secteur.
2) La transformation d'une tension alternative.
Rôle d'un transformateur
Un transformateur sert à modifier la valeur efficace d'une tension alternative. Il peut l'abaisser ou l'élever.
Description d'un transformateur
| Un transformateur est constitué de 2 bobines de fil de cuivre isolé montées sur une armature en fer doux. Remarque: Le fer doux est du fer pur, alors que l'acier est un alliage de fer et de carbone. Le fer doux et l'acier s'aimantent lorsqu'ils sont placés dans le champ magnétique d'une bobine, mais lorsqu'on interrompt le courant dans la bobine, le fer doux cesse d'être aimanté alors que l'acier conserve son aimantation. La bobine d'entrée est appelée primaire, celle de sortie, secondaire. Les 2 bobines sont indépendantes. Il n'existe aucune liaison électrique entre elles. |
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| L'armature en fer doux passe à l'intérieur des bobines et se referme à l'extérieur. Elle est constituée de plaques superposées pour diminuer les pertes. Le fil de cuivre est isolé par un vernis transparent qui pourrait laisser croire que le fil est nu. |
Fonctionnement d'un transformateur
En déplaçant un aimant près d'une bobine, on crée une tension variable dans la bobine (voir alternateurs). La tension induite dans la bobine est due à la variation du champ magnétique de l'aimant que l'on déplace.
See AlsoComment dépanner et tester un transformateur ?Transformateurs Toriques, Ouvert, Encapsulé | RSBobinage et rebobinage : qu'est-ce donc ?Quels sont les différents transformateurs toriques ? - Sem SuhnerIci, c'est la variation du champ magnétique créé par le courant variable circulant dans la bobine primaire qui induit une tension variable dans la bobine secondaire.
Remarque: Un transformateur ne fonctionne pas en courant continu (pas de variation du champ magnétique), de même qu'un alternateur ne fournit aucune tension si on ne le fait pas tourner.
Si le primaire est soumis à une tension alternative, le secondaire sera soumis à une tension alternative de même fréquence.
La tension efficace obtenue au secondaire dépend du nombre de spires des bobines.
Rapport de transformation
Le rapport de transformation k est le quotient de la tension au secondaire Us et de la tension au primaire Up:
k = Us / Up
Exemple: Un transformateur qui fournit une tension de 24 V à la sortie lorsque l'entrée est soumise à 240V a un rapport de transformation:
k = 24V / 240V =1/10 = 0,1
Si on compte le nombre de spires des bobines de ce transformateur on observera que le rapport est environ 1/10
Le rapport d'un transformateur (supposé sans pertes) est égal au quotient du nombre Us de spires au secondaire et du nombre Up de spires au primaire.
k = Ns / Np
Il suffit que le nombre de spires au secondaire soit dix fois plus petit qu'au primaire pour obtenir un rapport k = 1/10
Cette règle suppose le transformateur idéal, sans perte. Elle est assez bien vérifiée à vide, c'est-à-dire lorsque rien n'est branché au secondaire. Mais lorsque le courant passe dans cette bobine, on constate une chute de tension.
Remarque: Pour minimiser les pertes, le nombre de spires doit être suffisant. Il n'est pas possible de réaliser un transformateur de rapport 1/10 avec 20 spires au primaire et 2 spires au secondaire. On compte souvent une dizaine de spires par volt soit environ 2000 spires pour un primaire relié au secteur 230V.
3) Redressem*nt d'une tension alternative.
Redressem*nt d'une alternance
| On utilise habituellement des diodes à jonction pour le redressem*nt des tensions alternatives. Les diodes à jonction sont constituées par deux petit* morceaux de semi-conducteurs (en général du silicium). L'un des morceaux est de type N (négatif) car il a été dopé par adjonction d'une impureté qui lui donne une majorité de porteurs de charges négatifs (électrons) tandis que l'autre morceau de type P a été dopé pour avoir des porteurs majoritaires positifs (trous). Ces deux morceaux sont soudés pour former une jonction. Une diode ne laisse passer le courant que dans un sens. Si une diode est placée en série dans un circuit soumis à une tension alternative, le courant ne passera que pendant l'une des deux alternances: il sera redressé. |  | |
| Remarque: la première diode (1905 inventée par John Fleming) était un tube électronique (diode à vide) | oscillogramme d'un redressem*nt mono alternance |
Redressem*nt des 2 alternances
| La tension redressée mono alternance est moins efficace que la tension alternative, puisque le courant ne circule que la moitié du temps. En utilisant 4 diodes habilement connectées, on peut redresser les 2 alternances et augmenter ainsi l'efficacité. | ||
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| Pont de 4 diodes (pont de Graetz) | Oscillogramme d'un redressem*nt double alternance | |
4) Lissage d'une tension redressée.
Une tension redressée a toujours le même signe mais elle n'est pas continue puisqu'elle varie de 0 à Um.
Pour obtenir une tension continue, il reste une étape: le lissage. Il consiste à empêcher les variations brutales de tension.
Première analogie (pour les anciens qui ont connu la pompe de la place de la Mairie): Lorsque jadis, on allait remplir les seaux à la pompe à bras, l'eau jaillissait par saccade à chaque coup de pompe. Il aurait suffi pour qu'elle sorte régulièrement, de pomper l'eau dans un réservoir dont l'orifice d'évacuation soit assez petit pour que la pompe ait le temps de maintenir presque constant le niveau de l'eau. Les châteaux d'eau fonctionnent sur ce principe.
Deuxième analogie (pour les bretons, les écossais, les irlandais et les musiciens): Ce n'est pas le souffle du joueur de cornemuse (bag pipes) qui agit directement sur le tuyau sonore, c'est l'air emprisonné dans l'outre. Ainsi, grâce à la réserve d'air l'instrument peut faire entendre un son continu, à l'inverse d'une flûte dont le son s'interrompt lorsque le musicien reprend son souffle...
Fonctionnement d'un condensateur
| Un condensateur est un réservoir à charges électriques. Il est constitué de 2 armatures (surfaces conductrices) séparées par un isolant (diélectrique) Un condensateur peut être réalisé par deux plaques métalliques séparées par de l'air. Symbole du condensateur |  |
Charge d'un condensateur
Si on relie un condensateur à un générateur continu, on observe le passage d'un courant dont l'intensité diminue rapidement et s'annule après un temps en général assez bref. Le condensateur se charge.
La caractéristique essentielle d'un condensateur (comme celle d'une réservoir) est sa capacité C. Elle s'exprime en farads (F)
Un condensateur qui possède une charge q (coulombs) lorsque la tension à ses bornes est U (volts) a une capacité C (farads):
Charge d'un condensateurC= q/U
Exemple: Un condensateur de 5 µF, soumis à une tension de 10 V a une charge
q = Cx U = (5 x 10-6 F) x 10V = 5 x 10-5 coulombsRemarque: Pour augmenter la capacité d'un condensateur, il faut agrandir la surface des conducteurs et diminuer la distance qui les sépare. La nature de l'isolant placé entre les surfaces conductrices joue un rôle important. La grandeur caractéristique de ce diélectrique est appelée sa permittivité. Elle doit être la plus grande possible.
Si on branche une DEL aux bornes d'un condensateur chargé de forte capacité, on observe le fonctionnement de la DEL pendant quelques secondes: le condensateur se décharge.
Remarque: Par souci d'économie, dans les appareil électroniques qui possèdent une mémoire (magnétoscope par exemple), certains constructeurs ont placé un condensateur en guise de générateur pour l'alimentation de ces mémoires lors d'une coupure de courant. Mais la durée de sauvegarde est faible (quelques dizaines de minutes en général) bien que la capacité soit très grande (1 farad). La principale différence entre accumulateur et condensateur en dehors de la quantité d'énergie emmagasinée est que pendant la décharge du condensateur, la tension baisse continuellement alors que la tension de l'accumulateur est pratiquement constante jusqu'à son "épuisem*nt".
Filtrage de la tension redressée
Un condensateur est placé en dérivation à la sortie du pont deredressem*nt. Lorsque la tension augmente, le condensateur se charge. L'oscillogramme ci-contre représente une tension redressée double alternance (partie supérieure) et un lissage (imparfait) opéré par un condensateur sur cette tension (partie inférieure) |  |
5) En résumé.
Un adaptateur secteur est constitué d'un transformateur qui abaisse la tension alternative, suivi d'un pont de diodes qui redresse cette tension et d'un condensateur qui lisse la tension redressée.
