Module 4 Circuit Électrique [PDF]

Zitiervorschau

GUIDE D,APPRENTISSAGE

ww

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WW

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Rédacteur : Steve Alexandre

Remerciements

Directeur : Gérard Tousignant Directeur adjoint - Production : Alain Sirois Directrice de projet: Céline Tremblay

Le CEMEQ remercie toutes les personnes qui ont contribué, de près ou de loin, à la conception et à lã réalisation de ce guide jusqu'à ^

Chargé de service - Production et multimédia! Francis Paquette

l'édition finale.

Pour leurs judicieux commentaires, remarques et suggestions à l'une ou I'autre des étapes du projet, nous tènons à rõñrercier plus particulièrement :

Réviseurs : Sylvain Archambeault, Olivier Peyronnet

r |ean-Jacques Bertrand, Centre de formation professionnelle des

Graphiste: Les Studios Artifisme Infographistes : Andrée-Anne Boisclair, Éditech, Sébastien Fortier Conectrices d'épreuves : Anne-Marie Théorêt,

r Denis Bleau, Centre de formation professionnelle pierre-Dupu¡

Karine Therrien

moulins, CS des Affluents CS

Marie-Victorin

r Richard Lemire, Centre de formation professionnelle 24-fuin, CS de la Région-de-Sherbrooke

Un merci particulier à Richard Lemire, qui a qracieusement participé à la mise en scène des photos dê ce giride. Le.CEMEQ remercie également les entreprises et les organismes

qui I'ont gracieusement autorisé à utilisei à des fins péãagogiques, les illustrations et les textes tirés de leur documentation. - - ' Note Malgré toute l'attention_portée à la production de ce guide, il y a toujours place à I'amélioration. Nous vous invitonsã remplir le

formulaire de rétroaction

se

trouvant

à

la fin de ce guide þour

transmettre toute remarque ou suggestion pertinente.

cn#ra ,//

Avertissement

Siège social 2955, boulevard de

l'Université, Sherbrooke (Québec) JlK 2Y3

5" étage

Téléphone : 819 822-6886 Télécopieur : 819 822-6892 www.cemeq.qc.ca

Ce guicle d'apprentissaç ne peut suppléer aux obligations de quiconque en matière de santé et de sécurité au tiavail. Le CEMEe ne satirait êtri tgnu responsable des accidents et des lésions pouvant survenir dans l'exécution des travaux pratiques présentés dans ce guide.

[email protected]

Droits d'usage

Électricité - 5295 Module 4 - Circuits électriques, aß p. (253 4ZS)

Nous remercions la-Corporation des maîtres électriciens du euébec qui nous a permis d utiliser intégralement le contenu du Tableau l.l3 du Guíde Technique2\\7 (p.1.27-1.25) à lapage 333 de ce guide.

Dans le présent document, la forme masculine désigne

tout aussi bien les femmes que les hommes. @ Le Centre d'élaboration des moyens d,enseignement du Québec (CEMEQ), juillet 20il

La première

édition est parue en 2010.

Les droits de reproduction, d'adaptation ou de traduction de ce guide sont réservés au CEMEq, y compris la

reproduction par procédé mécanique ou élèctronique. Le CEMEQ a fait tout ce qui était en son pouvoir pour retrouver les copyrights. Bien que I'utilisation de leurs documents ait été autoriséefles entreprises collaborat¡ices ne portent aucune responsabilìté en legard de la présentation ou de I'inteiprétation faite de ceux-ci. On peut lui signaler tout rênseignement menant à la correction d'erreurs ou d'omiJsions. ISBN 978-2-89620 -349 -9 (2" édition) ISBN 978-2-89620 -263 -8

(l* édition)

Dépôt légal

et Archives nationales

- Bibliothèque

du Québec,20l1

Dépôt légal

- Bibliothèque

et Archives Canada,2011

P¡.nurrox

: NovEMBRE

2013 (nÉrunREssroN)

Prog ramme d'études en électricité

ourée totale ; I 800 heures ourée

Module

1 2 3

Métier et formation

15

Santé et sécurité sur les chantiers de construction

30

utilisation d'un ordinateur

30 124

5 S 7 I g

45

croquis et schémas

75

outillage

45

Manutention de matériel

90

câbles et canalisations

105

circuits de dérivation résidentiels

10

Plans et manuels techniques

,1

Transformateurs tr¡Phasés

12

Branchement électrique

l$ l{

circuits électroniques

ó0 ó0 90 105

75

circuits logiques

:::

1?- :::'-:.'-: "': : T:g:-

chauffage

16

système de

tT

câblage de communication

eo 75 ó0

tB systeme d'alarme incendie

120

1g

oomotique et téléPhonie

llf 2l lf l$

fVachines rotatives à courant continu et à courant alternatif monophasé

ø

90

vlachine rotative à courant alternatif triphasé

105

nutomate programmable

105

75

tnstrumentation électronique

Cf//fa -

Reoroduction interdite

Module

4

Électricité

Programme

d'études

1

Obiectif de comporüement Énoncé de la compétence

Contexte de réalisation

Vérifier la tension, le courant et la puissance de circuits électriques.

r Pour des circuits à courant continu et alternatif, alimentés par une seule source, montés en série ou en parallèle avec une charge résistive, inductive ou capacitive. . À l'aide du schéma du circuit. .À l'aide d'instruments de mesure: multimètre, pince ampèremétrique, wattmètre et oscilloscope.

Éléments de la compétence

1

Critères de performance

Rnalyser un circuit à courant continu ou alternatif r tnterprétation juste du schéma. monté en série ou en parallèle et possédant une ¡ Distinction juste des caractéristiques techniques charge rósistive, inductive ou des composants du circuit. r Reconnaissance des phénomènes lirás aux charges électriques et aux champs électriques et magnétiques

capacitive.

2

Calculer les valeurs attendues de tension, de r lnterprétation juste de la signification des unités courant, de résistance et de puissance du circuit de mesure. électrique. et utilisation appropriée des formules

'Choix

mathématiques.

r Utilisation appropriée de la loi d'Ohm. r Correction appropriée du facteur de puissance.

I Multipl¡cation algébrique correcte. ¡ Exactitude des calculs.

3 Prendre des mesures sur le circuit.

. Choix des instruments de mesure appropriés. 'Choix approprié des points de mesure. r Branchement correct des instruments de mesure. r utilisation appropriée du multimètre, de la pince ampèremétrique, du wattmètre et de l'oscilloscope

.

4 Analyser les résultats.

Respect des mesures de protection.

¡ Discrimination des causes d'écart entre les valeurs attendues et les mesures. r Pertinence du jugement au regard du fonctionnement du circuit.

r Est¡mat¡on correcte de causes de mauvais fonctionnement. Et pour l'ensemþle de la compétence

¡ Respect des règles de santé et de sécurité. , Travail méthodique et minutieux.

source : MELS, 2006, p.29-32,

2

Obiectif de comportement

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

ø

CflfA

Picüognammes

Gapsules

W

lnformations de nature technique, historique ou anecdotique

ffi

Référence à un tableau ou à un article du Code de l'électricitê (2007)

6

Santé et sécurité

Vér¡fication de votre travail par le responsable de formation

Protégez-vous! Sensibilisation, contexte, risques, conséquences et mesures préventives

Faites l'exercice Pr¡se de mesures diverses présenté à la Page 29.

Repérage des

exercices pratiques

Aide-mémoine expness

tr#ä'fr"ffi*;æ

b

**

r{_".

.,

oéfinitions*, symboles, formules et autres informations utiles À consulter en tout temps,

s.*6¡" *,*

à la fin de votre guide.

EÉ9,*:1

*

ø

Cf//fa -

Reproduction interdite

**r

Les termes définis dans l?ide-mémoire express sont en caractère gras à leur première occurrence dans

ìeTiå:¡Ê!,,

le texte courant.

Module

4

Électricité

Pnésentation 3

Table des matières Programme d'études en électricité Objectif de comportement

I

Exencice pnatique

2

. Montage de circuits et mesure des résistances équivalentes. .

Exploration

Résumé

Activité dèxploration . . . . . Test diagnostique.

f

f

8 15

Description d'un circuit électrique 20

Nature du courant électrique. Production de l'électricité . . .

24 2B

Circuit ouvert et circuit fermé Applications

36

Résumé

40

35

rvlesure des paramèüres

Courant électrique.

42

Tension électrique . . . . .

51

Résistance électrique. .

58

106

127

t4t

. Mesures dans un circuit parallèle . Mesures dans un circuit mixte

r49

'Familiarisation

avec le

t57

wattmètre. . . . . . . .

Résumé

167

17t

f, nutres êlémenrs d'un circuit élecürique 174 .

177

Dispositifs de commande.

184

....

Éléments à effet transitoire dans les circuits c.c.. . .

t87 188

Exencice pnatique ' Temps de charge et de décharge

72

des condensateurs

75

201

Résumé

80

$ Gonfiguration des circuiüs

20s

S Gourant alüernatif

élecüriques

Circuit résistif série. . . . Circuit résistif parallèle. Circuit résistif mixte. . . Configuration de la plaque d'essai

...... ......

. Mesures dans un circuit série

Mise à la terre

69

Résumé

Loi d'Ohm

Conducteurs. . . . Dispositiß de protection.

d'un circuit

. Familiarisation avec lämpèremètre . . n Familiarisation avec le voltmètre .... . Familiarisation avec lbhmmètre . . . .

fl tois de l'électricité Exencices pnabíques

Composants d'un circuit

.

103

Puissance électrique

Exencices pnatiques

Électricité et magnétisme. . . ....208 Production d une onde sinusoïdale. . . ..2r5 Termes relatiß à lbnde sinusoïdale. . . . . .. 216 Appareils de mesure du courant alternatif. ..240

82 85 89

Exencice pnatique

94

. Mesure dbndes sinusoïdales

4

97

Module

4

Électr¡cité

Reproduct¡on interdite

25t

- a Cf//fA

T Circuits réactifs RL et

'

Annexes

RG en c.a.

Comportement de labobine en c.a. Circuits inductiß RL

... . . .. 258 261

Comportement du condensateur en c.a. , , .273 276 Circuits capacitifs RC . . . . Puissances et facteur de puissance . . . . . .. .287

Notions mathématiques préalables. . . . . . . . 377 Relations de phase entre Vet 387 dans les circuits RL et RC

f

Corrigé des exercices

389

Aide-mémoire express

407

Liste des exercices

Exencices pnatiques

rMesure decircuitsRLsérie ....... 296 . Mesure de circuits RL parallèle . . . . 301 , Mesure et calcul des valeurs

dïncircuitRCsérie

.......305

. Mesure et calcul des valeurs et des puissances d'un circuit RC parallèle . . 308

Résumé

"""'

311

$ Gincuits néactifs RLC ell c.a.

Circuits RLC série Circuits RLC parallèle. Puissances et facteur de puissance . . . . . . . Exencices pnaÈiques 'Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC série. . Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC parallèle . Correction du facteur de puissance

dtnmoteur..........

314

320 327

341

344 348 3s1

Résumé

Synthèse Activité de synthèse

I . Partie 2

r Partie

ø

Connaissances pratiques

35s

Exercice pratique

366

Cfflfa - Reproductlon lnterdlte

375

Bibliographie

Module

4

Êlectricité

pratiques. .......

4L3

I

l

l

EXPLGIFIATIC'I\T

\

fous

entreprenez aujourd'hui l'étude de la compétence Circuits

Y électriques du programme de formation

en électricité, un pas important dans votre marche vers le métier d'électricien. Les éléments de compétence que vous développerez en le parcourant sont fondamentaux. Les méthodes de travail et les notions qui y sont présentées seront utiles tout au long de votre apprentissage, et essentielles à I'acquisition de plusieurs autres compétences du programme. De plus, vous les utiliserez très souvent au fil de votre carrière. Les notions de tension, de courant, de résistance et de puissance ne vous sont peut-être pas étrangères, mais en connaissez-vous bien toutes les subtilités ? Et à quoi servent-elles quand vient le temps d'installer un équipement ? Comment analyser, mesurer, calculer et interpréter les données relatives à un circuit électrique ? Ces questions, et bien däutres,

trouveront une réponse dans ce guide. Lactivité qui suit présente un cas concret où la vérification de la tension, du courant et de la puissance d un circuit électrique est indispensable. Ne vous inquiétez pas si vous n'êtes pas certain des réponses aux questions qui vous seront posées. Allez-y selon votre logique et vos connaissances actuelles. Cette activité a pour objectif de vous permettre d'évaluer votre expérience et de mieux saisir I'importance de ce que vous apprendrez dans ce guide.

Activité d'exploration Depuis qu'il a terminé ses études, il y a environ un an et demi, Jul¡en travaille dans une entreprise de séchage des produits du bois. tl a pour compagnon André, un

électricien chevronné. La petite usine compte trois séchoirs. présentement, la ventilation est naturelle, c'est-à-dire que l'air circule par des trappes d'entrée et de sortie d'air contrôlées manuellement. Afin de mieux maîtriser le processus, de réduire le temps de séchage et de minimiser les pertes, la direction de l'entreprise a décidé de moderniser les installations actuelles en automatisant les conditions de température et d'humidité dans les séchoirs. André et Julien ont comme mandat d'installer un système de contrôle de la température et de I'humidité dans la pièce qui abrite le séchoir no 3. ce système comprend un ventilateur et son moteur, les sondes de température, d'humidité et de circulation d'air, un contrôleur électronique, un bloc de puissance et ses composantes de protection, un transformateur et des sectionneurs. S'ajouteront à ces éléments les boîtes de jonction, les fils et les conduits, ainsi que la quincaillerie et toutes les autres pièces nécessaires pour compléter l'installation. Tout léquipement est sur les lieux. Julien l'a vérifié à l'aide de listes préalablement préparées. Le ventilateur et son moteur sont déjà en place, solidement fixés au-dessus de la porte de garage. tl reste à installer le câblage et à faire les branchements. À la demande de son compagnon, Julien s'assure que la capacité actuelle de l'arrivée en courant de l'établissement industriel est suffisante pour accueillir les nouveaux équipements. C'est bien le cas.

concentrons maintenant notre réflexion sur l'installation du circuit du ventilateur. André confie à Julien le soin de tracer le schéma de câblage et le plan de localisation des équipements nécessaires à l'installation du ventilateur et de son moteur. Les schémas préparés par Jul¡en et approuvés par André sont présentés ci-contre.

A

Explonation

Module

4

Électricité

Reproduction interdtte

-

ø

CfflfA

L1

L2

L3

I

I I I I I

Sectionneur principal

I I

-J

t- - - - - -l

H1 600

I

I

X1

Moteur

c2

F2

D1

v

Gonüacteur

Sectionneur

Sectionneur

FST2

x2

H2

Ventilateur

______i

_.1

secondaire

principal

240V

20 m (approx.l

Schéma de câblage du moteur du v€nt¡leteur

Porte de garage

Ventilateur et moteur en haut Aérotherme

Séchoir

no

3

Aérotherme

Légende

@E@tr 8m

,,,2

Chambre électrique

-r I

5m Xfo

Eil

P2

I

P1 : Panneau de distribution 3Ô, 347 V/6OO V P2 : Panneau de distribuüion, 12O V/24OV Xfo : Transformateur 6,o,0 V/24O V

: Sectionneur principal du panneau P1 : Sectionneur brincibal du banneau PP : Sectionneur beconïaire des aérothermes : Sectionneur secondaire du moteur du ventilaüeur Cí : Contacteur des aérothermes C2 : Gonùacteur du moteur du ventilateu¡ BP1 : Commande de l'aérotherme BPP : Gommande du moteur du ventilateur

51 52 53 54

Plan de localisation des installations du séchoin n" 3 eü de la chambre électnique

Julien doit ma¡ntenant déterminer la grosseur des conducteurs qu¡ seront utilisés. Pouvez-vous aider Julien ?

1

@

a) D'après vous, quelles valeurs Julien doit-il connaître pour déterminer la grosseur des conducteurs à utiliser?

CF//EA -

Reproductlon ¡nterdlte

Module

4

ÉlecËr¡ciüé

Exploration g

b)

2

De quelles autres informations a-t-il besoin

I

En vous référant à la photo de la plaque signalétique du moteur du ventilateur, pouvez-vous aider Julien

et

relever la courant qui est associé à la tension de 230 V?

1J

PH.

cl.ass

r

I o¡s.

gooE

.l

Julien consulte le Code de l'électricité. tl sait que les circonstances sont particulières du fait que les conducteurs à installer alimentent un moteur et qu'ils se trouvent dans un environnement où la température est très élevée (90 .c). ll consulte d'abord le tableau 2 du Code puis, compte tenu de la température élevée, il applique le facteur de correction inscrit dans le tableau sA. puis, en se référant à l'article 28-106, il constate également que I'isolant des conducteurs doit supporter une température minimale de 125 'C.

supérieures à 30'C) r Article 28-106: Conducteurs, moteurs individuels r Tableau D3 : Distance jusqu'au centre de distribution pour une chute de tension de 1 o/o à une tens¡on nominale de 120 v, circuits à deux conducteurs en cuivre. ( Oups, ça va coûter plus cher t > pourrait se dire Julien en constatant les recommandations du code de l'électricité. En effet, l'emploi de câbles dits < à haute température > entraîne un surcoût et le patron de l'usine risque de faire la grimace. Mais Julien n'hésite pas une seconde, car il sait que c'est sa responsabilité de se conformer aux normes prescrites par le Code.

1Q

Exploration

Module

4

Électricité

Reproduct¡on interd¡te

-

ø

Cfflrc

santé et sécurité ta sécurité avant le coÛt! Les normes du code de l'électric¡té ont été établies à partir de batteries de tests et elles ont souvent été dictées à la suite d'accidents survenus à cause d'installations électriques déficientes, ll est du devoir des électriciens de ne jamais négliger l'application des normes du Code de l'électr¡cité, à la fois pour des raisons

de responsabilité légale et de sécurité.

Finalement, il vérifie, en calculant à l'aide des informations données dans le tableau D3, que la longueur estimée des conducteurs, soit environ 20 m, ne provoquera pas une chute de tension supérieure à 5 7o (limite maximale à respecter pour assurer le bon fonctionnement des moteurS). Une fois tous ces calculs et vérifications faits, le choix de Julien s'arrête sur des conducteurs de grosseur #14AWG. André examine les valeurs consignées par Julien, vérifie les calculs et approuve le choix du fil #14AWG pour le circuit du ventilateur.

3

a) Consultez le tableau 2 du Code de l'électricité et décrivez le courant qui est associé à un conducteur #14 AWG avec un isolant de type RW90.

b) eu'en est-il dans le cas d'un conducteur de même calibre

(#14AWG) avec un isolant de type 125'C?

Surprenant, non I Les réponses montrent qu'avec la même quantité de cuivre (même grosseur de conducteur) le type d'isolant affecte la quantité maximale de courant que le conducteur peut supporter. Julien est donc prêt à poser les canalisations et le câblage. ll installera également un sectionneur à proximité du moteur pour satisfaire aux normes de sécurité. ll devra respecter rigoureusement le schéma de câblage préparé plus tot et approuvé par André. Julien passe à l'action en installant d'abord tous les composants dans la pièce, sans rien relier au panneau de distribution. À chacune des étapes, il respecte les mesures de prévention personnelles appropriées et adopte des pratiques de

travail sécuritaires. Sous la direction dAndré, Julien effectue ensuite les branchements requis pour relier le moteur du ventilateur au circuit, en suivant rigoureusement les schémas et en respectant les données inscrites sur la plaque signalétique du moteur.

Finalement, il reste à relier le circuit au panneau de distribution. Avant de procéder à cette tâche, Julien coupe l'alimentation du panneau de distribution avec le sectionneur principal, qu'ilcadenasse en position fermée. André branche alors le circuit au panneau de distribution en le raccordant à un disjoncteur du calibre approprié. lmpatient de voir fonctionner le ventilateur, Julien propose de mettre le circuit sous tension et de mettre le ventilateur en marche. < Pas si vite ! D répond André ( ll faut encore procéder à des vérifications. >

@

CE//EA

-

Reproduct¡on interdite

Module

4

Électricité

Exploration

11

Santé et sécurité Le cadenassage Le cadenassage est une mesure de sécurité très importante pour l'électricien, tmaginez un instant qu'un travailleur de l'usine, non prévenu des travaux en cours sur l'installat¡on électrique du séchoir no 3, la mette sous tension pendant qu André et Julien procèdent à son raccordement. ..

Si le sectionneur principal est cadenassé, il est impossible de mettre le circuit sous tension pendant toute la durée des travaux. Les électriciens sont alors en sécurité et, par ricochet, les équipements sont égale-

ment protégés.

4

D'apròs vous, quelles vérifications André et Julien devraient-ils faire avant de mettre le circuit sous tension

?

Ensemble, Julien et André s'assurent que tous les branchements sont conformes aux plans d'installation. pour des raisons de sécurité, ils vérifient ensuite la continuité du circuit à l'aide du multimètre. pas de problème à I'horizon, les

schómas ont été rigoureusement respectés et les mesures de continuité ne révèlent rien d'anormal. André demande à.lulien de ranger les outils et de ramasser tous les débris dans les espaces de travail et sur le plancher avant de mettre le ventilateur en marche.

ã

D'après vous, pourquoi est-il important de ramasser les débris avant de mettre le ventilateur en marche?

Santé et sécurité Espace de trava¡l sécur¡ta¡re Dans l'atel¡er ou sur un chantieL veillez à ce que votre espace de travail soit toujours bien propre et qu'il ne soit pas encombré de débris ou d'outils, Ramassez la poussière et les débris, et rangez avec soin tous les outils. Ne laissez r¡en traîner derrière vous, comme un outil sur le dessus d'un escabeau installé à proximité d'un ventilateur ou en contact avec des fils ou des câbles électriques. Une personne pourrait malencontreusement trébucher en le heurtant. Un acc¡dent est si vite arrivé ! Pensez à votre sécurité et à celle de vos collègues.

une fois le plancher et les surfaces de travail nettoyés, André demande à Julien de vérifier, dans le guide d'installation du fabricant, s'il n'y a pas une procédure particulière à respecter au moment du démarrage. Rprès vérification, il n'y a rien de particulier à signaler. On peut donc effectuer le démarrage... Laissant le sectionneur du moteur du ventilateur en position ouverte (courant coupé), André avertit Julien de ne toucher à rien, car il s'apprête à alimenter la dérivation maîtresse. ll se rend à la chambre électrique et enclenche le disjoncteur qui alimente le circuit du moteur du ventilateur. puis il va au sectionneur principal, retire le cadenas et enclenche le sectionneur, de la main gauche, de façon à réalimenter le panneau 12OV/2OB V. tldemande alors à Julien de mesurer la tension au contacteur C2. Après vérification avec le multimètre, la tension fournie

12

Exploration

Module

4

Électricité

Reproductlon interdite

-

@

CEüEA

correspond bel et bien à24OV.ll se rend ensuite au sectionneut installé à proximité du ventilateur, et l'enclenche'

t..s¡6¿ire

(S4),

à Julien, il se Juste au moment où André s'apprête à donner le signal du départ (RST)' souvient qu'ils ont oublié d'ajuster le relais de surcharge thermique

6

à quoi sert-il? D,après VoLts, qu'est-ce qLl'un relais de surcharge thermique et

pour déterminer le Julien devra de nouveau consulter le code de l'électricité à la plaque courant à établir sur le relais de surcharge thermique. ll se réfère du Code et signalétique du moteur, effectue le calcul selon les spécifications la direction sous toujours pócèOe ensuite à I'ajustement du relais de surcharge, ventilateur du ä. ron compagnon. Finalement, Julien actionne le contacteur pour le mettre en marche. Super I te ventilateur démarre normalement' Reste à est correcte effectuer les mesures nécessaires pour confirmer que l'installation de la pince Julien mesure la tension à I'aide du multimètre et le courant à l'aide à cÔté des ampèremétrique. ll consigne les valeurs mesurées dans un tableau, qui sur la figurent valåurs calculées précédemment et des valeurs nominales plaque signalétique.

iz, i zs:v

7

7,41o

i t,s"t"

proches des valeurs théoriques pour D,après vous, les valeurs mesurées par Julien sont-elles suffisamment valider I'installation

?

inférieur à la Satisfait des valeurs mesurées par Julien - l'écart des tensions est donne une tolérance de 5 7o acceptable selon les normes, et la lecture de courant pour son travail' valeur égale ou inférieure au courant nominal-, André le félicite qui prochaine étape, penser à la peuvent maintenant Mission accomplie I lls consistera à installer le contrôleur et les sondes'

posséder Vous avez sans doute noté que, pour faire I'installation, |ulien doit bon un avoir un éventail assez varié de cômpetences, être méthodique, autres, entre jugement et posséder de bonnes connaissances de base' Il doit, ínîerpréter des schémas électriques, comprendre les articles du Code de l'électricité , fafueles calculs de prévision ães valeurs à partir de-s {onn99s l'électricité, de la plaqué signalétique du móteur et de tableaux du Code de utiliser .orr..i.-.nt ies appareils de mesures et analyser les résultats obtenus en comparant lesìãleurs attendues et les valeurs mesurées' ,

@

CEüEA

-

Reoroductlon interdlte

Module

4

Électricité

Exploration 13

La figure qui suit résume les_quatre_principaux éléments de compétence nécessaires.pgur procéder à la vérification d un circuit électriquô. ce sont ces quatre éléments de compétence que vous acqueffez enparcourant ce guide. Lorsque vo-us aurez tãrminé lttude de ce guide, rroo^, comprendrez

mieux les étapes du travail accompli par André .I ¡uh.tr et vous povrrez faire une partie de ce qui a été décrit ãans l'activité d'exploration-. @Anatyser un circuit.

Gompétence

:

Vérifier la tension, le courant et la puissance d'un circuit élèctrique

Prendre des mesures

sur le circuit,

les résultats,

4yu"1de poursuivre, prenez quelques minutes pour discuter de l,activité d'exploration qui précède aveð voJcolègues et ävec le responsable de formation. Que retenez-vous de cette aclivité et de l'écharrg. uu.. uo, collègues ? Notez vos commentaires.

Êtes-vous prêt à entrer dans le circuit

?

À l'instar de Julien et comme tous les électriciens, vous devrezutiliser les mathématiques pour calculer des valeurs de tension, de courant, de puissance et de déphasage, et de bien dhutres éléments. Afin de vérifier si

vos outils mathématiques sont bien affûtés, nous vous invitons à faire le test diagnostique qui suit. votre responsable de formation pourra ensuite vous,guide{ pour corriger le tir si certains types de calculsïous posent un problème. À cet efet, un rappel des notions mathématiques préJlables, incluant des exercices, est présenté en annexe à la page iZZ.

'

14

Explonation

Module

4 Électricité

¡eproducgon interdite

-

@

CFüEA

Tesü

diagnosüique

3f

s#tt*_-*:*5n3r*s**slt:*n

**ñrs*x3xx*l-¡

sxx*r-,*

PnlonrÉ pcs oPÉnArþNs rffectuez les opérations suivantes. (9 po¡nts)

a) b) c)

(5+2)x8= 57-3 x 15 = 22+21+3=

d) 23+7x2-5= e) (2+ 5) x 2-(30-ó)+4 f)

=

(15-9)x7+(18+28)+8-Q9 -15)+2=

g) (((5+8)x7)-2)+3= h) (Q-Ð+2+{o-4Yx5)+4= i)

52+7 +4+ 25-7

-1

lsoun

1

25-14 x5

DEs vABlABtßs

(12 po¡nts) lsolez les variables indiquées dans les formules suivantes'

a) xdansx+5=9 b) xdansx-4=8Y

c) ydans2x+4=3Y+5

d) %dans Q=C(V,'-V")

ø

e)

u2

fl

kdans

et u dans

r

=|cu'

4p=zk?-k-z

Cfffa - Reproduction lnterdite

Module

4

Électricité

Exploration 15

2

Faites les deux activités suivantes. (6 points)

a)

lsolez /rdans E = R"tr+(B+ 1)/rR,

þ) Calculez la valeur de /, sachant

S

que R, = 1S

o,

R,

= 10 o,

E = 100 V et B = 5

Faites les deux activités suivantes. (6 points)

a)

rsolezR2dans

b) Déterminez

+=+.+

la valeur de R2 sachant que R = 50 C) et R1

-

75 O.

Exposnrurs Effectuez les opérations sur les exposants pour ne conserver qu'une seule puissance de ,to. (7 points)

â)

103

x't0s =

bl 4x103x2x108= c) 5x107x5x10*a= d) tOt+102= e)

10e+10-s=

r, "

4,2x107 _ 3,8x1os -

erffiffi= TnÉonÈnnc üE pyrHAGoRE

1

Quelle est la longueur de c dans le triangle ci-dessous? (4 points)

a = 94,2

C=?

b = 175,9

16

Exploration

Module

4

Électricité

Reproductton interdite

-

@

CE//FA

(4 points\ Quelle est la valeur de v* dans le triangle ci-dessous?

2

E

= 142,6

Vs= ?

4=54,9v y a-t-il un ou des triangles rectangles parmi les triangles donnés? Cochez la bonne réponse' (7 points)

3

4,34 8,56 4,92 B

7,32 8,90 8,20

n n

Le triangle A

9,51

4,76

Le triangle

B

Le triangle

c

Les triangles A et

c

x

n n

c

Les trois triangles

8,10

Thrcouort¡Êrnm que l'angle o vaut 30o, déterminez la sachant que, dans le triangle donné, la valeur de F est de 200 v et valeur de 4 et celle de Vt $ Po¡nts)

I

E vn

e vL

2

@

Sachant que, dans le triangle donné à la question précédente, la valeur de est de 109 V déterminez la valeur de E et celle de 0. (8 points)

CEüEA

-

Reproductlon interdlte

Module

4

Électricité

yR

est de 207 V et que celle de Vt

Exploration 17

S

sachant que, dans le même triangle, la valeur de E est de 2s0,9 v et que celle de déterminez la valeur de 0. (s pornfs)

yR

est de 106,7 v,

PnËrxss

1

exprimez les valeurs suivantes en utilisant le préfixe approprié. (7 po¡nts)

a)

0,00s A

hl 2s0ov c) 8x108W: d) 0,0000072 A:

e)

15200c¿

fl

SZxlOeoctets

g, 4,7 x 1011 W

2

exprimez en puissance de 10 les valeurs suivantes. (7 points)

a) 7mv

bl

ó,¿ lvlw

c)

52 kCI:

d)

ó2 mA:

e)

3,7 nA:

f)

1 s32

mO:

g, 67,2pA

3

Effectuez les opérations suivantes et exprimez la réponse en utilisant le préfixe approprié, lorsque c,est nécessaire. (A po¡nts)

at 2,379 V - 42,S mV = b)

28 pV

x7 xl}a

=

c) 705 nA + 0,5 ¡JA = *_-..-.-.----

d, %"s#= o,25Qx0,8MQ_ 7,s2kA

18

Exploration

Module

4

Électricite

Reproduction tnterdtte

- ø Cflfa

trIESCFIIP lcIN trlrlJlv

'électricité nous entoure ! Les lignes électriques qui la transportent nos villes et nos campagnes. Si elle se?aufile plus discrètement dans nos murs, elte se révèle dans la lumière, îa chaleur et tous les appareils domestiques et industriels dont nous faisons usage. Elle nous suit également en tout temps, sous la forme portable de piles lour alimenter no s montres, cellulaires, balãdeurs num^ériquies -té]épþones (iPod) et terminaux mobiles (BlackBerry) qui font désormais purii. d. notre quotidien.

|

I:sillonnent

si la prise de courant est devenue le symbole par excellence de lbmniprésence de l'électricité, il est bon de se rappeler que l'électrification dl Québec a commencé au début du 20. siècle, aþìine tine centaine d'années après l'invention de la toute première pile pur Alessandro volta, en 1.800. A cette-époque, la foudre et les étincelles générées par l'électricité statique étaient les seules formes connues de l'éleciricité. euel chemin parcouru depuis ! Pour la plup-art des gens, l'électricité recèle toujours une bonne part de mystère. Mais, pour vous, futur électricien, il est indispensable d'en percer les secrets, car vous serez amené, une fois sur le mârché du travail, à installer des circuits et des équipements, à les vérifier, à les modifier et á les réparer. Devenir un électricien compétent exige de bien maîtriser les connaissances de base et de savoir les utiliser dans les divers contextes des tâches à accomplir. Qu'est-ce qu u_n circuit, au juste ? Que se passe-t-il dans la prise de courant quan{ nous y branchons un appareil ? vous trouverez des?éponses à ces que_stions dans ce chapitre. Dans un premier temps, nous uoirs proposons de disséquer un circuit électrique, dbxaminer la nature de ses composants et de scruter à la loupe ce qui sè passe à l'intérieur des fils rorsqu'un courant y circule.

GornpclsanËs dfun cincuiü Que se passe-t-il lorsque vous branchezlecordon d une perceuse ou d'un climatiseur, ou encore lorsque vous allum ez vnelampe réponse est simple: vous bouclez la boucle dbn circuit électriquô, c'est-à-áire que vous fermezle circuitet, selon le cas, vous disposeã instantanémerit d'une force motrice pour la perceuse, vous obtenez åe läir frais ou vous êtes éclairé ! Mais qu'est-ce qu'un circuit électrique, en fait ?

ila

un circuit électrique

est une suite ininterrompue de composants (piles, ampoules, moteur, etc.) reliés par des conductèurs (fils éleãtriques ou câbles). Les circuits les plus simples comprennent tous une alimentation ou source électrique, une charge qui consomme l'énergie fournie par la source et des fils conductzurs qui relient ces éléments. Lesiircuitr.otìrptenrrent également .too"jlt un dispositif de commande et un composant de þrotection. voici le schéma générald'un circuit siqple (A), accoripagné dJdeux exemples: dgs]e premier exemple (B), une úmpe de pochê, õont l,ampoule;ouä le Lôle de charge, est alimentée par une pile (sóurce) et le fonctionnement de I'ensemble est actionné par un interrupteur (commande); dans le deuxième e¡elple (C), un oscilloscope (charge),ã[menté par le réseau d,HydroQuébec (source), est commandépar un interrupeur et protégé cóntre les surcharges par un fusible, tous déux placés placés à l'intérieui de läppareil.

PO

Ghapitre

I

Module

4 Électricité

peproduction interdtte

-

a

Cflfa

â)

Le disPositif de Pnotection (fusible) protège le circuit contre

Le dispositif de commande

Iinterrupteur) Permet d'actionner le circuit.

toute surcharge'

La charge ou le récePteur utilise l'énergie électrique fournie Par la source et convertie en une

La source alimente le circuit + en électricité. "-*o

Les conducteurs [fils électriquesJ relient les éléments du circuit. --

autre forme d'énergie.

' -'' Schéma génénal d'un circuiü simPle

c)

b)

lnterrupteur et fusible intégrés

lnterrupteur fermé

lnterrupteun

E

W

+

Pile

"*{ Oscilloscope alimenté par le réseau électrique

Lampe de poche alimenüée par des piles

Règles de

l'art

comment représenter un c¡rcuit électrique"

pour représenter graph¡quement un c¡rcuit électrique? Les savez-vous qu'il existe plusieurs types de schémas quatre tyóes de schémas, seron ra tâche à réariser : re schéma de laboérectriciens ont hab¡tueilement recours à et le schéma de raccordement' iatoire, le schéma de fonctionnement, le schéma de câblage préc¡se tous les composants et caractéristiques essentiels du ces schémas reproduisent de façon cla¡re et à chacun d'eux' Dans le présent module' nous ut¡liserons circuit, selon des conventions graphiques spécifiques vous permettront de calculer plus facilement presque exclus¡vement des scñémas de laboratoire. ces derniers des résistance ou de pu¡ssance, et d'ânalyser la conf¡guration les valeurs théoriques dã tension, d'intensité, de symboles normalisés' circuits. Pour réalíser les schémas, nous utiliserons les

o

aa

*)

Schéma de

Schéma de

fonctionnement

¡lhm Schêma de

câblage

Schéma de naccordement

labonatoire

@

CEI/EA

-

Renroduction ¡nterdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

1

2.1

chacundes composants jole- un rôle particulier et remprit une fonction précise dans le circuit. Le tableau qui õuit résume ces rôies et fonctions. Il inclut également les symboles utilisés pour représenter ces composants.

Source

(Alimentation)

j i

Les piles, les batteries, les accumulateurs ou les générateurs gén èrent la tension et fournissent ains¡ le courant électrique au circuit. lls ali mentent les charges du c¡rcuit. La source est un fournisseur d'énergie. eile utilise de l,é nergie chimique ou mécanique, ou une autre forme d'énergie, et la tra nsforme en énergie électrique.

+t

+l Pile (courant continu) Gharoe (Récriþteur ou

Batüerie (courant

continut

Réseau ou autre aource de courant alternatif

Le moteur, l'élément chauffant ou le lumina ire repojt l.'énergie fourn¡e par la source et la transforme pour produire un travail mécanique, de la chaleu r

ou de la lumière.

consommateurl

La charge est un convertisseur d énergie. elle utilise l'énergieélectrique fournie par la source transformer en énergie thermique (chãteuCI, raolàñie ,i,oîäïõrãirot.rrl,

frrr¡Eri+

Lumière

Moteur

pour la

Bobine (Ll

ts--

Résistance (Rl Commande

.t..

Gondenseteurs (Gf

interrupteurs et commutateurs (commandes m anuelles) ont pour fonction d,ouvrir et de fermer le circuit sur com mande

¡t.

H

Ouvert

Fermó

lnterrupteur Protection

oCommutateur

fusibles et les disjoncteurs protègent re circuit contre res érévations anormares de courant

(sur¡ntensltés).

Lorsqu'un courant anormalement élevé circule dans un c¡rcuit, le fusible ou le disjoncteur coupe automatiquement l'alimentation, c'est-à-dire qu'it ouvre re ðirðu¡i. ðetî. p'rðtò.t¡on empêche ta surchauffe des conducteurs, ce qui réduit.lés risques à;¡nãôno¡e. La charge est également protégée contre une détérioration possible ou un bris.

______{ o_ Fusible

Conducteurs

Disjoncteur

fils et les câbles assurent le transport de lélectricité en reliant les composants les uns aux autres.

I

t

æ.e

Ghapirne

I

Module

4

Électricité

Reproductton tnterdttê

-

@

CEüEA

ü*nxñ***xms#**R

x*Ë*n:*rr*r**-*

Fr-":si::Jl

est associé à une lettre. classez ces composants Dans les quatre circuits illustrés ci-dessous, chaque composant d'alimentation, charge, conducteur, : en inscrivant les lettres correspondantes dans la bonne catégorie source

dispositif de protection ou dispositif de commande' A

a)

Ligne

{'

t-a!-qd

l{ 120 V

E

Panneau de

b)

distribution

SPDT

c

{-*E

SPDT

ll

-/l ¿

\

F

B D

A D

c)

f--------l

c

OL

d)

.-+

A F

R

E

E

s

F

c

c

OL

--t--

--t--

I

tI I I

I

-Þ+-* ,

-+-I

I

I I

ø

ctflta

-

Reproductlon interdlte

-+--_-_

Module

4

Électricité

Chapitre

1

23

lVaËune du counanË élecËnique Dans un circuit,les conducteurs le courant électrique de la source à la charge. La source fournit unè tension, les conducteurs lä rehent à la charge et,lorsque le courant circule (circuit fermé),la charge transforme cette énergie électrique en chaleur, en lumière ou.rr'*ourr.*".nt. Mais guq se passe-t-il dans un conducteur lorsqu'il < transporte > le courant ? Qu'est-ce qui circule exactement ? pour repondre à cäs questions, examinons de plus près la matière qui constitue le condicteur.

on sait déjà que les fils conducteurs sont en métal, le plus souvent en cuivre ou en aluminium, et qu'ils sont recouverts d uå matériau isolant, généralement du caoutchouc, du plastique ou des fibres synthétiques. Maintenant, imaginons que nous pouvons voir très profondément à l'intérieur du métal.

Srnucrung

DE LA MATIÈRE

considérons un bloc däluminium et coupons-le en deux parties une première fois; coupons de nouveau l'une ães parties; répétons lbpération en coupant encore et encore, chaque fois, l'une des parties. La pièce äeviendra bien vite trop petite pour être manipulée *urrrr.lL*."t. s,ipporons que lon poursuit tout de même lbpération des milliers et des mifliers de fois. Jusqubù pourrions-nous ãiviser le broc ? Jusqu'à .. qobn obtienne la plus q:tlt. quantité däluminium qui soit; cette^quantit'i dappelle un atome d'aluminium (Al). Latome est tellement petii qu un bloc de I cm3 däluminium en contientplus de 25000 milliards de milliardst Et à quoi ressemble ce minuscule atome däluminium ? Est-ce une petite bille lisse ou une petite particule complexe ? Les scientifiques ont découvert que l'atome, sì petifsoit-il, est.onìtitoé de particutes encore plus petites appelées ( protons ), < neutrons > et < électrons >, organisées selon une structure qui säpparente à celle du système solairå. Eîc'est grâce à,cette structure particulièrã qu'il est possible áe produire un courant électrique.

En simplifiant beaucoup, on peut dire que les protons et les neutrons sont regroupés dans un noyau très petit et très denie autour duquel gravitent les électrons, de petites.particules, un peu à la manière doni lesþlanètes orbitent autour du Soleil. Atome d'aluminium

Atome de cuivre

Novau d'Al

Noyau de Cu

13 proions (+J 14 neutrons

29 protons (+) 35 neutrons

29 électrons f-l 1

3 électrons (-

.. Les électrons qui gravitent en périphérie de t'afome sont moins soumis à l,atträctiôn du noyau.

P.4

Ghapitre

I

Module

4 Électricité

Reproduction interdite

-

ø

Cf/fa

chargées Les protons et les électrons sont des particules électriquement c'estneutres, sont neutrons leur nom l'indiquê,les

;l"rã õ;;çg;me

électrique. Chaque proton représente une charge équivalente' électrique positile et chaque électrõn, Lne charge nég¿tive i.r.fturg.î électriques de^ signes contraires se neutralisent mutuellement' ;ú-t-dä. qubn ensemble 6rmé d'un proton et d'un électron est électriquement neutre. 13 protons et Par exemple, sachant que I'atome d'aluminium compte et 13 charges négatives, cet f a ¿t..ttotrs, c'est-à-diie 13 charges positives atome forme, dans son ensemble, une particule neutre'

;-dt;.ü.fturg.

loin notre réflexion. Qu'est-c9 qui distingue un atome et lätome ã;;ñ iCo) d'otr atome d'aluminium? Latõme de cuivre possèdent, propriétés.q.u'ils les ãafu*ini"m'diffèrent par leur taille et qui et, dans leur structur.,þur le nombre de protons et d'électrons protons 29 les constituent. Dans les faits, lätome de cuivre renferme seulement contient d'aluminium izg électrons alors que l'atome 13 particules de chaque tYPe. sortes Outre les atomes de cuivre et d'aluminium, il existe d'autres quantités protons-en des d,atomes qui contiennent aussi des électrons et protons de et ésales. mais leur nombre diffère du nombre d'électrons Par exemple, d'aluminium. l'atome et cuivre de ;i,* ä;. á;;;ita;;e un atome électron, un et proton un ü" utorn. d'hydrogène (H) contient (C), carbone de atome un ã;fr¿ti,r- (Hei, de;;ptàtonr et deux électrons, et (O),,lgt électrons ;;pt;il.íri* ¿l"Jtrons, un atome d'oxygène> différentes variétéshuit oiãiottr, et ainsi de suite. ón appetle < élémènt ces äã.;";;;. Ai;;;; 1e cuivre, 1'al'riinium, l'hydro gène' l' hélium' le c arbone éléments différents ; ñ;ú;r. sont des éléments.Il existe, au total, 110 |a matière qui foiñrent, en se combinant de toutes sortes de façons, toute les qui nous entoure : I'air que nous respirons,l'eau que nous buvons' Poussons plus

propre corps . rochers, Ies arbres, la brique, les pylônes, le verre et notre ? La diversité issus de ces tt0 élém.nié. Co*-ent est-ce-possible rã.rt to"r combinaisons de ce qui nous entoure s'explique par les innombrables sont des combinaisons Cet ¿l¿m.irtt. p;*6ï;r des atomes de ces deux atomes (Hro) contient d'eau molécules. Par exemple, une molécule (O)' d'hydrogène (H) et un atome d'oxygène

LeS

1

les chi

maux de

@

CEilEA -

Reproduction interdite

dans les cours de chimie

bien

Module

4

Électricité

I

Ghapitre

1

2=

0orusucrËuRs

Bloc de cuivre

Courant électnique dans un conducteuF en cuivre

Revenons aux atomes däluminium. À I'intérieur d,un bloc däluminium ou dans un fil électrique, les atomes sont entassés les uns sur les autres, disposés d'une façol bien ordonnée, et ils occupent aá, pãriìions fixes. or, rappelory gye chaque atome säpparente à un petit systlme solaire. Dans un métal,les électrons (négatifs) situés en póriphéíie des atomes, sur lbrbite la plus éloignée du nõyau (positif),,*t p'.",.i*,r, pu. leurs noyauxrespectifi. Ils sont don. rilutirr.ment o libres dättache >, et ::l" ryiont le plus d'énergie profitent de leur liberté pour se déplacár à l'intérieur du métal. nour faire image, on peut dire que les électrons < sautillent > dîn atome à läutre danõ le *étul, gener;le-ent de façon plus ou moins chaotique, dans toutes les directiõns. Que se passe-t-il lorsquun courant électrique circule dans un conducteur? Soumis à une force appelée < tension électrìque >, les électrons libres sont déportés dans une dirèction particulière, ce qui produit un déplacement de charges négatives le long du conducteur. ce aeptu..*.niã-'Jl..trorrs dans u¡e direction privilégiéè, détermin éeparla tension, .orrrtitu. t. courant électrique- Le sens de déplacement des électrons déánit .. q"lr est convenu däppeler le sens du courãnt électronique.

Les atomes des métaux, comme ceux du cuivre et de läluminium, engendrent facilement des électrons libres, capables de circuler dans le métal. Pour cette raison, les métaux sont d'exäellents véhicules pour les électrons. on dit,qu'ils sont conducteurs parce qu'ils agissrrrt .o-*. des tuyaux dans lesquels peuvent circulerães éleitrons-libres. cette circulation d'électrons dins une direction particulière constitue le courant électrique. Notez cependant que, dìns les faits, le courant circule surtout en périphérie du fil conducteur.

Remarquez que le mot (conducteur)) désigne à la fois les fils et les câbles qui (transportent> l'électricité, et les matériaux qui les composent. Le cuivre et I'aluminium sont les principaux métaux conducteurs utilisés dans l'¡ndustr¡e, en particulier pour fabriquer des fils et des câbles électriques. On emploie parfois l'or

ou l'argent dans des applications technologiq ues de pointe. De ces quatre métaux, l'argent est le meilleur conducteur. Mais l'oxydation quise forme en surface de l'argent lorsqu'il ternit affecte ses qualités de conducteur.

26

Ghapirre

I

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

ø

CfflfA

lsoLnrure lbn considère les caractéristiques électriques, il existe-trois grandes .uiegpri.r de matériaux:les conducteurs,les isolants et-les semi-

Si

les matériaux conducteurs. Nous venons de décrire ce qui se produit dans isolants' conducteurs. Voyons maintenant ce qu'ilìn esf des matériaux propriétés Les caoutchoucs et les plastiques ont généralement d'excellentes et les isoler bien pour fils les recoùvrent isolantes. Pensez urr* gäin., [ui caoutchouc le aloryi-'ue, á., .hoËs électiiques. À l' échelle I'aluminium. et lesþlastiques sont très différents du cuivre et de sortes d'atomes et plusieurs contiennent ils Contrairement aux métaux, f indique, sont sont cànstitués de macromolécules qui, comme leur nom sont des á;l;ü;;";ses molécules. Les électróns des molécules isolantsatomes' des fortement retenus, y compris ceux qui évoluent en périphérie libres. Par a,nalogie, Ces matériaux ne contienïent donipas d'électrons auxquelles ils molécules des di*;. q".les électrons sont prisonriiers du matériau' appartiônnent, sans possibilite de se.déplacer à I'intérieur öü ,unr circuÍation ä'électrons, il ny Jpas de courant élec^trique ! Ainsi' f'orment un mur face aux électrons qui voudraient les traverser, les isolants étanche qui leur bloque le passage' mais En résumé,les électrons se déplacent facilement dans un conducteur, l'électricité conduisent difficilement dans un isolant. ïes conducteurs On utilise cette et les isolants ne permettent pas le passage du courant. dt t:,ït1lldans les fils ;;;prtéitd;s isotanis pour cänalisô.r t9 pãssage bloquer le passage du et les câbles électri[ue's et, plus généralementlpour courant là oir il n'esi pas souhaitable qu'il circule'

;"ñ;iég*

ÍisrvlpcotuÞucrËuR9 Il existe une troisième catégorie de matériaux, appelés semi-conducteurs, fait qui se comportent ni tout ifuit.o-*e des conducteurs ni tout à mais en moins Jo*-. des isolants.Ils contiennent des électrons libres,p-lus restreinte' est et leur liberté ;;;;d; quantité que les conducteurs, donc le passage de f-aibles courants

ies semi^-conducteurs permettent

ils conduijent l'électricité environ un milliard de fois moins bi;; qü; Ieé conducteurs, mais plusieurs milliards de fois mieux que ils tendent à se les isoiants. Ainsi, selon les cottãitiottt environnantes, Nous comporter soit comme des isolants, soit comme des conducteurs. comme I'un utilisons a.r r"ut¿tiuu* semi-conducteurs pour qu'ils-agissent I'environnement contrôlant ou I'autre, selon nos besoins. On y parvient en

ãf..itiq".r;

du semi-conducteur.

@

CEüEA

-

Reproductlon ¡nterdite

Module

4

Électricité

Ghapitre,l 27

#

Les.propriétés particulières des semi-conducteurs sont largement exploitées en électronique. Le silicium et le germanium sont les semiîonducteilrs l.gg pt"r utilisés. Par exemple, grâðe aux propriétés particulières de ces

4

Diffénents types de diodes

\T

uninterrupt*t .tltrutupide dans de nombreux qircuiflélgctroniques. üune de ses vaiiantes,la dióde électroluminescente, dont läbréviation est DEL (I.FD, en anglais, pour light-emitfing diode), sert de ugyuttj lumineux sur bon nombie d'aþpareiË et elle s'irãpose áe plus enplus dans les systèmes d'éclairage -ód.rrr"s. Les transis^tors,les piles solaires (photopiles) et les mémoirãs des ordinateurs sont däutres dans þsquels les semi-conducteurs sont utilisés, ce qui illustre bien ,objets la présence dominante de ces matériaux en électroniqi.. ñour reviendrons plus en détail sur ces diftrentes applications dans le module i3 de votre programme, consacré aux circuits électroniques. éléments, la diode devienl

rf

Diodes électnolumineseenües

Pnoduction de lréleetnicité vous avez désormais une meilleure compréhension de ce qui se passe dans les conducteurs qui transportent le'courant électriquË d un composant à läutre dans un ciicuit. voyons maintenant dbù vient ce courant et décrivons les conditions nécéssaires pour le produire. courant électrique est généré par une tension qui I:ï,lugnr Tu.gu.le ïorce la circulation des électrons dans un circuit. Les piles, les généräteurs et les centrales électriques d'Hydro-euébec sont des ,our.., dã tension

électrique. Avant d'anaþer ces systèmes mis au point par l,être humain,

Éclairase aux diodes l-u m in e sce ntes

électro

intéressons-nous un instant à l'électricité statiquä, ur.^for.r. d'électriciié produitepar la nature et dont la foudre est la manifestation la plus spectaculaire. cette parenthèse sera utile pour mieux saisir lbrigine du

courant électrique.

ÉmcrnrcrÉ $rnîroug üélectricité statique provient d'une accumulation de charges électriques sur un objet ou sur une pTtie d'un objet, accumulation quirésulte d'un gainou perte d'électrons. ia charge électriquärésultante est $'une silbbjej accumule un surplus d'élecirons, et eile est positive si 3þtive lbbjet perd des électrons. Autremeit dit, un déficii d'électrorù hisse un surplus de. charges.positives. L électricité statique peut être out.rro. purfrottement. Il y a alors un transfert d'électronj ¿ii" objet à un autre. cèst ce qui se produit lorsque vous frottez un ballon sur vos cheveux ou sur un carré de feutre. Des électrons passent de vos cheveux (ou du feutre) au ballon, de sorte que le ballon accumule une charge negative, laissant vos cheveux avec un surplus de charges positives. raîgurã ci-cántre montre un autreexemple b!91 connu; on yvoit une person-ne qui pose les mains sur un générateur d'électricité staûque. par t-ransfert då chìrge, son corps accumule de l'électricité statique. Les cheveux chargés se repoussent les r uns les autres, créant ainsi unè coiffure électrisantei Il vous est sans doute arrivé, à un moment ou à un autre, de recevoir un petit choc en touchant un objet, par exemple en sortant d une voiture (sièges en tissu) ou en vous levani d'une cËaise de plastiquã-

PB

Ghapitre 1

Module

4

Électricité

Repróducflon interdite

-

ø

Cflfa

engendré. un Le frottement de vos vêtements sur le siège a chargés dt siège le et qui a laissé votre corps ã

transfert

:'lg1t

"l..trott vous Lorsque

'opposes' de signe

maìn d'un obJet neutr: appro.tt., -"1 :figé "". ãã.ttutge électrique s'e produit sous la forme d'une contraire à vo's, la

"". décharge rétablit étincelle et vous ,.rr.nt., un"petit choc. Cetie entre votre main et d'électrons c'est-à-dire l"'n y å un ffansfert "ä"ìr.lit¿, I'objet qu'elle s'apprête à toucher' a¡s oUje,tl aeviennent En résumé, on parle d'électricité statique lorsque Ces .t urge, électriquemÃt pur frottemenf ou par d'autres méthodes' de po.ssibilité ;ir;Ë;; i.ri."t'r. pil;ilvent en place jusqu'à.ce.qu'une objgt: Put ;¿r.lii; léquilibre se présente, p1il.u proximité d'un autre déplacement bref un c'est-à-dire unó déchárge,

;ä;il iir. pt"¿"ìi.l"rt

d'éleËtrons, qüi tend à neutraliser les objets'

Règles de

l'art

circuits Un bracelet antistatique pour protéger les peut au bon nuire Saviez-vous que l'électric¡té stat¡que fonctionnementdescircuitsélectroniques?Eneffet'les

.o*porunt, électroniques sont très sensìbles à l'électricité qui statique' statique. Ainsi, une seule décharge d'électr¡c¡té une part¡e peut détruire volts, peut atteindre des milliers de

'oulatotalitéd,uncomposant'Dansl'industrie,lestravailleurs qui manipulent des circuits électroniques portent un brace(masse)' Ët ant¡stat¡que qui les relie au boîtier de l'appareil porter un de À défaut neutralisant ainsi l'électricité statique. ou boîtier au toucher moins bracelet antistatique, on do¡t au composants les manipuler ã'une partie métait¡que avant de

Mine de rien, une décharge. électrique peut atbeindre des milliers de volfs ! u'ou ii#ääñ; d"'äott"r le braceleb antistatique

þäüiËilég";l"ã

¡nternes d'un aPpareil.

"ompo""nts

élecmoniques'

applications' dont les Lélectricité statique est exploitée dan-s 9]ilqueg abrasif, les ,yr,e*", de filtrage .f*irärt"tiques, la fabricatioñ ãu papier Néanmoius' p"ã.eaet de peiniure par pulvérisation et Ia photocopie' dans le monde marginale bien place l,élecrricité statique;il;itp. qu'une moderne de 1'électricité.

santé et sécurité Des bottes contre l'électricité statique ! ces bottes sont identifiées sécurité munies de semelles antistatiques ? Savez-vous qu'il existe aussi des bottes de par exemple dans situations, porter certaines dans pourriez devoir en par le sigle SD (pour sfatl c dissipative)' Vous peut déclen ctrer une explosion (fabrique d'explosifs, raffinerie)' dangereuses où la moindre étincelle des zones

HuecrnlclrË

ÐYn¡AMlGuH

alimente les.circuits, est Lélectricité dynamique, celle quicircule et qui statique. Elle désigne les courants ainsi nomm eeparoplotitio" ài'électricité dans les ;ilttoue;,ìtå-a ¿it'.1ãr Jepf"*-:."jt des chaiges électriques dire que' peut siatique, on circuits. Si I'on fait un parallèle avec l'électricité

@

CE/ffEA

-

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Chapitre

1

29

dynamique, la source entretient sans cesse le déséquilibre Í:l*::Ï._1"entre ses bornes positive et négative. on dit qu,elle génè-re une djtrfrelçe de porenrier ou úne rension étath"" ;;;ä;r'électrique cle charges

résulte d une tentative continuelle de rétablir |eluiliur. *t..1., bornæ par la circulation des électrons dans le circuit. Ainsi, contrairement à la décharge instantanée prodrlte par une accumulation d'ébltri.ité ,tutiqu., f électricité produiiun débit continuel d'érectrons, le courant, 9Bq-iqyã qui est canalisé dans les conducteurs (fils et câbles) .t r.ruutrã, composants du.circuit lorsque celui-ci est en fonctìon. Le tabreáu des méthodes couramment utilisées pour produire une ¿iã.trique.

di;ilililstre

t.îri*

Méthode

i

Chimique

Principe de fonctionnement

Exemples d'application

électrodes faites de métaux d¡fférents sont pl ongées séparément dans une solution a cide (électrotyte). En attaquant les métaux, la solution polarise les électrodes et engendre ainsi une borne négative et une borne positive. Le processus transforme al ors de l'énergie chimique en énergi e électrique.

Piles, batteries, accumulateurs (piles rechargeables)

#d34

Cuivre

félecrrode)

Zinc (élecrrode)

+

I

(Ð

Électrolyte

Magnétique

oo

o (-) o oo

La rotation d'un cadre conducteur entre les pôles d'un aimant engendre une tension électrique dans le conducteur. C'est le phénomène d'induction magnétique. No us l'aborderons plus en détail dans le chapitre Z

I

Alternateur (courant alternatif), dynamo (courant continu)

permanent nes de force

\

Tension induite

E¡

Bobine I

Thermique

¡

Thermocouple (sonde de température : ¡nstrumentation électronique)

Point de jonction A Température

':::o

Point de

joncüion B Deux différenüs métaux

élevée O:::-

O:::'

Température ambiante

¡

I

30

Ghapirre 1

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

-

@

CEüEA

Méthode

i Exemples d'aPPlication

de fonctionnement

i erincipe

certains métaux semi-conducteurs, comme les cristaux de m, I'absorption du raYonnem ent lumineux entraîne un déplacement d'électrons. cela a pou r effet de créer une dìfférence potentlel entre deux surfaces lorsque ces métaux sont éclairés.

Effet optique (photoéleitr¡queJ

Lumière Borne positive

+ lpm

_å"

Borne négative

T I I I

Deux couches

de silicium

¡ I I

Mécanique Iméthode piézoélectrique)

fapplication d'une force de compression ou d'une force de traction iui: äertains cristaux, notamment le quartz, engendre un e différence de potent¡el entre les deux faces du cristal.

I I

t I I t

I I t

Mlcrobalance électronique (instrumentation de Précision), microphone de contact, table tournante, allumeur Pour BBQ

I ¡ I I

I I I I I

¡ I I t

6, oir Nous reviendrons sur la production de l'électricité dans le chapitre dans les nous examinerons, entre autres, la production à grande échelle de formes trois existe qu'il précisons centrales électriques. Pour l'instani courant électrique : c.c., qui a une valeur fixe; ' le courant continu, noté . le courant alternatii noté c.4., de forme sinusoïdale; . le courant pulsatif, qui peut prendre des formes variées'

rants continu et alternatif par les lettres majuscules CC et CA ou les abréviatíons anglaises Dc (d,recf current) et AC (alternat¡ve current).

chaque forme de courant a sesp-articularités et le choix de I'une ou fu"ti. aep.nd de l'usage uoq,t.il. courant est destiné. Une source donnée pt"árii iå";ours le mêäe tyþe et la.même forme de courant. Par exemple, alors il ptl.r et l'es batteries proáuisent du courant continu (constant) du courant f indique, nom que'les alternateurs pro^duisent, comme leur les u-üãÃutif (sinusoidai). Voyons maintenant brièvement ce qui distingue trois formes de courant.

GounnruT coNTlNU

et le sens Le courant continu se définit comme un courant dont I'intensité demeurent constants. Examinez la représentation graphique du courant

continu, à la Page suivante.

@

CEilEA -

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

1

31

, GouRnrur coNTtNU [c,c.J -----:-----.__ lntensiüé [+)

+

o

Temps

Sources H

Piles, batter¡es, accumulateurs et dynamos

Util¡sations n Véhicules (voitures,

camions, bateaux), alimentat¡on de secours (centrale téléphonique, petit éclairage d'urgence), êclairage d,un chalet isolé, appareils etectriqueJpðrtatifs (baladeurs, lecteurs Mp3, outils sans fil), alimentation des moteurs necäñãñt d'énormes couples

lntensité (-) Le

courant continu conserve toujours

la même ¡ntensité et circule toujours dans la même direction.

Avantages x Se recharge, se transporte et s'exporte facilement.

lnconvénients H

occasionne plus de pertes que le courant alternatif au cours de son transport sur de longues distances.

* Épuisement des piles et des batteries

Les piles et les accumulateurs sont les principales sources directes de courant continu. Ils renferment unè certaline quantité d'énergie électrique emmagasinée sous forme chimique et libérée lorsqueTa pile est branchée à un circuit. Les piles et les baiteries sont compactes, faciles

à transporter et elles permettent d'emmagasiner l'énergie éiectrique, des avantages exploités dans les objets portables et pour alimenter les circuits

électroniques généralement peu énãrgivores. comme la grande majorité

r\J !,\

des appareils électroniques branchésãans les prises de cãurant (télévision, radio, ordinateur, etc.) fonctionnent en courant continu, on y installe des convertisseurs de courant alternatif (c.a.) en courant continú (c.c.). on

"

I y

Au canada, la pre-

que a été construite sur la rivière Montmorency, près de Québec; eile est entrée en activité en 1885. OL l'électron a été découvert en 1897 par Joseph John Thomson.

Surprenant, n'est-ce pas? Seules les particules pos¡tives ava ient été découvertes. De tà est venue la convention selon laquelle l'électricité circule dans les conducteurs de la borne positive d'une pile vers la borne négative,

32

Ghapitre 1

appelle souvent ces convertisseurs < alimentation c.c. ) ou ( udàptát.un et' contrairement aux piles et accumulateurs, ils sont inépuisabies; tant que lälimentation c.a. est présente, ils fournissent le c.c.

Sens du courant Nous avons précisé précédemment que la production d'une force électromotrice ou d'une diftrence dè potentiel aux bornes d,une pile (source c.c.) engendrait la circulation cles électrons lorsque la source est mise en circuit, c'est-à-dire reliée à une charge. Dans quel sens ? La réponse à cette question a de I'importance danfüien des àpplications. Par convention, le courant parcourt un circuit de la borne positive de la source vers la bor ne négative. C'est ce qubn appelle le sens conventionnel du courant, celui dont il est question dans les livres et que lbn utilise, en pratique, en tant qu'électricien, technicien, ingénieur ou scientifique. Cependant, au moment où cette convention a été établie, on ignorait ce qui se passait véritablement dans les conducteurs. De sorte que le sens conventionnel du courant est à l'inverse du sens réel de la circulation des électrons, également appelé < courant électronique >.

Module

4

Électricité

Reproduct¡on interdite

-

@

CE//EA

Sens conventionnel du courant

Borne positive (+J

Gonducteur

Pile

Sens réel des êlectrons libres

+

t Borne négative (-)

Sens conventionnel du courânt

GounnruT ALTERNATIF Le courant alternatif est un courant dont f intensité varie et, comme son nom f indique, dont la circulation change de sens (alterne) périodiquemeni, c'est-à-dire de façon cyclique (fisulg ci-dessous).Il passe äinsi d'une valeur nulle à une valeur maximale positive, revient ùzéto, change de sens, atteint une valeur négative maximale et revient àzéro, s'invðrse de nouveau, augmente jusqu'à sa valeur maximale positive, et ainsi de suite. Lorsqu'il ðircule danJun sens, le courant est positif (+) et, en sens inverse, il est négatif (-).

Neutre

lntensité [+l

Vivant

Alternateur Mise å

o

la terre

Temps

sources ¡ Alternateurs (génératrices des centrales hydroélectriques, thermiques, éoliennes, etc') Utilisations lntensité (-) Le courant alternatif varie constamment et change périodiquement de direction (sens).

:

Réseaux de distribution électrique (Hydro-Québec) pour alimenter les industries, les

commerces et les résidences

Avantages r Dispon-ible partout (dans les pays industrialisés), relativement facile à produire, réseau stable et länte, occasionne moins de perte que le courant continu au cours de son transport sur de longues distances.

lnconvénients r Ne s'accumule pas, s'exporte difficilement.

@

CEüEA

-

ReProduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitre'l 33

Lélectricité fournie par Hydro-Québec est sous la forme d'un courant alternatif qui oscille à la fréquence de 60 hertz (60 cycles/seconde). Elle est produite-par des alternateurs gigantesques dont la rotation est créée par la force de l'eau qui provient des barrages hydroélectriques, des éolieirnes et däutres types de centrales de produètion d'électricité. Elle alimente, à des tensions (nombre de volts) différentes, les industries,les commerces et les résidences. sur la planète, tous les grands réseaux d'électricité fonctionnent en courant alternatif parce que cette forme de courant est p_lus facile à créer. Elle occasionne aussi béaucoup moins de perte au cours du transport comparativement au courant contiñu. vous avez vu un peu plus haut le principe de production d'une tension alternative par un alternateur élémentaire. Nõus y reviendrons dans le chapitre 6. Pour l'instant, retenons simplement qu'il sägit d une méthode qui permet de transformer de l'énergie mécanique, généralement un mouvement de rotation, en énergie électrique, et qu'elle fonctionne par induction magnétique. IÌénergie mécanique peut þrovenir d'une tuibine à eau (centrales hydrauliques), à vapeur (centialeslhermiques) ou à air (éoliennes). Elle peut également être fournie par un moteur à essence, comme dans le cas d'une génératrice.

GounaruT PULsATIF Le courant pulsatif se situe entre le courant continu et le courant alternatif. Il circule toujours dans le même sens, mais son intensité varie constamment, évoluant périodiquement entre zéro etune valeur maximale (figure ci-dessous). En pratique, on obtient du courant pulsatif en redressant du courant alternatif. cette technique vous sera expliquée dans le module 13, consacré aux circuits électronlques.

,**à

lntensité f+)

o

Redresseur

Temps

) Source

lntensité [-J Le

courant pulsatif conserve toujours

la même d¡rect¡on, comme le courant continu, mais varie périodiquement en intensité, comme le courant

alternatif.

r courant alternat¡f redressé en courant contlnu (redresseur électronique) Utilisations

r

La majorité des appareils électroniques branchés sur le secteur (courant alternatiD,

comme les radios, les ordinateurs et les imprimantes, ont besoin de courant continu pour fonctionner. La première étape de la conversion du courant alternatif en courant continu consiste à redresser le courant alternatif en courant pulsatif.

Avantages

r Poffrêt

de fournir du courant continu avec une source de courant alternatif (qui est beaucoup plus disponible).

lnconvénients r Ne s'accumule pas et s'exporte difficilement.

34

Ghapitr.e

I

Module

4

Électricité

Reproductlon ¡nterdlre

-

ø

Celfa

GincuiË ouvenË et cincuiË fenrné fils lnterrupteur ouvert

Dans les sections précédentes, nous avons scruté I'intérieur des et exþrçé brièvement le fonctionnement des sources de courant électrique. Examinons maintenant les rôles des dispositifs de commande (interrupteur) et de protection (fusible, disjoncteur) dans un circuit.

.*i"li.ots

+

GortarünrusE interrupteurs et les commutateurs sont des dispositifs de commande manuels : ili permettent de mettre en marche un appareìl et de l'arrêter' Le circuit est ouvert et la En actionnanì un interrupteur, vous pouvez, par exemple, allumer une lampe est éÈeinte. lampe ou un téléviseur. lnterrupteur Un interrupteur sert à ouvrir et à fermer un circuit électrique. Lorsque fermé I'interruptôur est ouvert, le circuit est ouvert' c'est-à-dire que la La i*;..t"iï. áes électrons est interrompue et le courant ne circulesontplus' ouverts' lampe ou le téléviseur sont éteints lorsque leurs interrupteurs À tlli*rr.,lorsque I'interrupteur est fermé,le circuit est fermé,le .ooru"t ciicule Ët h hmpe oï ]e téléviseur s'allument. La fermeture d'un Il existe .i.*ii.rt une conditioriessentielle à la circulation d'un courant. différents types d'interrupteurs, qui se distinguent par les mécanismes Le circuit est fermé, le courant circule eü la lamPe est a llumée. qui les actionnent. Dans la pratique, on emploie habituellement les termes < interrupteur> qu'un et < commutateur > ,urrr'fui.. aucune distinction. Toutefois, sachez qui sert commande commutateur électrique désigne aussi un dispositif de courant circule qu'il est tel à changer les connexfuns d'uã circuit électrique. Par exemple, un pour On( illustré"ci-dessous, on utilisera un commutateur à trois directions Les

+

f+

en fermant le

lumi

commander une lampe de deux endroits diftrents'

circuit et on lumière en ouvrant le cuit. Comme quoi le langage de l'électricité n'est pas toujours clair...

1

Emplacement Fils

t
. Cet effet chimique est util¡sé principalement dans le placage, le raffinage et le traitement anticorrosion des métaux. Par exemple, on utilise l'électrolyse dans la production de l'aluminium à partir du minerai (bauxite)

@

CE//EA

-

Reproduction interdite

Ðu cI¡URANT

Bien que le courant soit un mouvement d'électrons dans une direction privilégiée, certains électrons suivent des chemins diftrents et s'entrechoquent. Les collisions et les frottements entre électrons produisent de la chaleur. C'est ce qubn nomme ( I'effet |oule >. Il se produit en permanence et provoque l'échauffement des conducteurs (fiIs, câbles) et de toute charge électrique (moteut luminaire, etc.) qui sont traversés par le courant. Plus I'intensité du courant est élevée, plus 1'échauffement des composants est important. Cet effet peut s'avérer nuisible puisque la surchauffe d'un fil ou d'un câble électrique peut déclencher un incendie. Toutefois, cet effet thermique peut aussi être très utile dans diverses applications, comme les grille-pain,les bouilloires et les éléments chauffants des cuisinières. On s'en sert également pour porter à incandescence le filament des ampoules électriques.

Lorsqu'il circule dans un conducteur,le courant induit un champ magnétique autour du conducteur. Cet effet magnétique est mis à profit dans les sonneries, les relais, les moteurs, les génératrices et les transformateurs.

Module

4

Électricité

Ghapitre

2

43

Fonues :¡u couRANT Il existe trois formes de courant, caractérisées par leur déplacement

et leur

intensité, imposés par leur mode de production : ' le courant continu (noté c.c.), dont l'intensité et le sens demeurent constants au cours du temps; . le courant alternatif (noté c.a.), dont l'intensité et le sens changent périodiquement (forme sinusoïdale) ; . le courant pulsatif, dont f intensité change périodiquement, mais qui circule toujours dans le même sens.

Arv¡pÈnrrr¿ÈrnE On nomme ampèremètre läppareil utilisé pour mesurer I'intensité du courant dans un circuit électrique. Dans les schémas, on le représente par le symbole normalisé.

Il existe plusieurs types d'ampèremètres; certains sont analogiques (cadran à aiguille), däutres sont numériques (affichage numérique), mais tous mesurent spécifiquement l'intensité. Vous pourriez recourir à ces appareils, mais pourquoi se passer de la flexibilité d'un appareil multifonctionnel comme le multimètre?. Laplupart du temps, vous utiliserez donc lämpèremètre qui est intégré au multimètre. Bien qu'il en existe aussi plusieurs types, les multimètres numériques, à échelle manuelle ou automatique, sont les plus utilisés de nos jours. Toutefois, sachez qubn ne mesure pas tous les paramètres électriques de la même façon, et qu'une erreur de branchement ou däjustement peut sävérer fatale pour votre appareil, pour vos mesures et même pour vous ! Dans les prochains paragraphes, nous examinerons les procédures à suivre pour utiliser la fonction ampèremètre d un multimètre. Notez que ces procédures peuvent varier selon le modèle du multimètre.

¿¿[ Symbole de l'ampèremètre

Affichage analogique

Affichage numérique

Rvant d'utiliser un multímètre, il importe de lire attentivement son guide d'utilisation. Vous y trouverez, relat¡vement à chacune des fonctions, des spécifications détaillées : le mode de branchement et des informations détaillées sur la performance, la sensibilité et la précision de l'appareil. Prenez le temps nécessaire pour bien vous familiariser avec votre appareil de mesure.

44

Chapitre 2

Module

4

Electricité

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

Le sélecteur

rotatif sert à choisin la

Un bouton lBangel oermet de sélectionner lnanuellement l'échelle.

Le sélecteur

rotatif permet

fonction et l'échelle.

de ctioisir la

fonction et l'échelle'

Fonction

voltmètre Fonction

Fonction ohmmètne

Fonction ampèremètre

voltmètre

Vérificateur de continuibé

Autres

fonctions

Fonction

ohmmètre

Borne 1O A Iintensité)

Bonne 1O A

Autres

(intensité)

fonctions

Borne volts (tension)

Borne COM

(commune)

Borne GOM (commune)

Bonne amPères,

continuité. diodes, ohms f intensité, indicateur de còntinuité, vérification de diodes, résistance)

Bonne volts, ohms,

milliampères (tension, résistånce, intensité)

Échelle automatique

Échelle manuelle

numériques Symboles pouvant apparaîtne sur des multimètres

V V

Volts c.a Volts c.c

mv

ù

Millivolts c.c' Continuité

Lorsque vous utilisez un appareil analog¡que, respectez-en bien la polarité, sinon vous risquez de l'endommager. Lorsque vous utilisez un appare¡l numér¡que, vous pouvez inverser sa polarité sans l'endommager, mais vous obt¡endrez alors une valeur négative (le s¡gne - vous indiquera que la polarité est inversée). ll est donc Préférable de prendre l'habitude de bien respecter la Polarité de l'amPèremètre'

-Ð.1

CEilEA

¡¡fi A

ohms frésistance)

--]É-

Gapacité en micnofarads

MilliamPères c.c. Ampères c.c.

c.c ¡JA MicnoamPères

Amp. milli. micro c.a.

BnnrucnEMENT DE L'AMPÈnsuÈrne

R'

@

Ç)

-

Reoroduction interdite

portion de circuit' Pour mesurer I'intensité du courant dans une la totalité i,;ñ;;;t"ètre doit.o;""tr être branché en sdrie, de façon 9!e ce faire' Pour I'appareil' du courant circule oùilluioit.*ent à I'intérieur de oir vous lrorrlJ.rr., ouvrir te .lt?uit en débranchant un élément à l'endroit les fils de ,ont uit., mesurer t. .à"tu"t, puis 1e refermer en y connectant I'ampèremètre.

un fil rouge, qui permettent Le multimètre possède deux fils, un fil noir et polarité positive.(+), le fil rouge de le raccorder à un circuit. Associé à la courant ,. ur"".t. à l'une des bornes des ampères, selon f intensité-du à la borne branche se fil_noir. le à mesurer. Associé à ia polarlté négaúve, (COM) de våtre apparJil. Cette poìarité respecte le sens par le fil rouge et soft .árru.rrtiorrrrel du courant. Cädernier entre donc

;;;;;".

par le filnoir.

Module

4

Électricité

Ghapitne

2

4á

+Rr

0.5n

+

S

+ B2

SÉl¡cnoN DE l'ÉcueuE DEs AMpÈREs sur la majorité des ampèremètres et des multimètres, on trouve deux bornes d'entrée, soit une première poo, ru J.,l.rü, .ourants et -.rui. une seconde pour les couiants plus importants. Avant de connecter le fil rouged'entrée de votre.ampè..--ètt. e I utr" des deux borrr.r, ,rou, devrez donc faire un calculpréliminaire pour évaru.;i'*ã;; ãã gräna.u, au courant à mesurer. Dans le doute, choisis-sez toujours la bãrne qui mesure les courants les plus élevés, sinon le fusible interíe a. u-pèremètre risque de brûler (fondre). "oir. Borne pour la mesure d'intendités comonises entre 4OO mA et' 10 A

¿f

l0A

I

A/ù/++ß>

C(}M

A U!

,

v

MAXr

s00vI Borne pour la mesure d'intenêités inférieunes à 4OO mA

Borne commune (COM) : Connecter le fil noir (-)

Connectez le fil rouoe f+) à l.une de ces deux bornes, selon I'intensité du ãorìránr a."ðürãi]ÀðJû.Ëljuor"

qr" Ii"J5,?ili"fr å'#å.i""i""Jtrn"iä¿itfi lïñ;fl î5ii"iJå"

sautera sous I'effer d,une inrensire trop liËuêäI-'

Les multimètres à échele manueile proposent plusieurs écheiles dämpères,

permettant ainsi une plus grande précision de iecture. Généralement,ïn commutateur (ou sélecteur) ro.tatii permet de choisi, l, ¿.t .il. .pp;"p;ié;. Prëtez-y une attention particurièr.,^.ur l'interprétaiìt" ---^-^- .iiu -- ^* Ior¿.ision des valeurs mesurées dépendent de l,échelle choisie.

si vous disposez d'un appareir à échelleautomatiqu (ou e auto-range, en anglais), il suffit de sélectionner la position o u-pèr. o .l rrou, voilà prêt à prendre vos mesures. Cependantl faites attention à I unité de la valeur affichée, quipeut êrre en microampères (¡rA), en Ãiìrì"-p¿res (mA) ou en ampères (A), selon la position dL commutateur d,échelle et de la borne dans laquelle est inséré lô fil rouge.

46

Ghapitre

P

Module

4

Élecrricité

Reproduction ¡nterdite

- A Cf/fA

Sélection ampèremètre

cA avec deui échelleE

Sélecüion :

Sélection ampèremètne CC avec troid échelles : 2 mA, 20 mA et 2OO mA

amoèremètre CC ave'c deux échelles

pA et mA borne et

cette 10 A. Muhimåtne à échelle manuelle

Multimåtre à óchelle automatique

utilisez un aPPareil à échelle manuelle, ce qui est le cas avec des appareils analogiques (à aiguille) et certains appareils numériques, vousïevrez sélectiõnner vous-même l'échelle des ampères en fonction du calcul préliminaire que vous alrrez fait. Nbubliez pas que l'échelle sélectionnée règle la valãur maximale que Peut lire votre appareil sur cette échelle. Ijãchetle sélectionnée doit donc être toujours plus grande que la valeur à mesurer. Dans le doute, sélectionnez toujours l'échelle Ia pius élevée, puis diminuez,-ladoucement jusqu'à ce qu: vous obteniez une mesure convenable. Vos mesures seront d'autant plus précises que la valeur maximale permise par l'échelle sélectionnée sera proche de la valeur à mesurer.Þar exemple, pour mesurer un courant d'environ 50 mA, on sélectionnera l'échãtle 200 mA plutôt qu'une échelle supérieure. C'est la même chose qui se produit lorsque vous-€ssayez de loðafiser une ville ou un village sur une carte routière détaillée (petite échelle) ou sur un globe (très grande échelle). Votre localisation sur ce dernier sera moins précise que sur la carte routière. Si vous

Enfrn, si vous mesurez un courant suPérieur à l'échelle sélectionnée' votre appareil indiquera I'infrni, généralement en affichant le symbole OL (de låäghis over'Iimit).La figuie qui suit montre un exemple des valeurs affichées put"d.r multimètres à écñe[es manuelle et automatique, selonles échelles

ähoiri.r. Les valeurs affichées peuvent varier légèrement selon les appareils.

@

CEIFA -

ReProductlon lnterdlte

Module

4

Électric¡té

Ghapitre

2

47

Valeur estimée : 50 mA

Valeur estimée : 2 A Gnillage du fusible

Borne de bnanchement de la sonde de vérification Attention ! La bonne de branchement n'indique oas I'unité de mesure de la valeur affichée, mais bien la limite de l,échelle, ce qui détermine le deoné de précision de l¡j vafeur affictree. Asãurei-üouãquär¡"Ëñsiúãli.i.i¡lËiã'Iå uo.n" choisie çÐu esr otus PruÞ srañde que la valeur à"mesur'én, éiñJn tã]uËiLléïu multimclrJfi¡Ëå-;;uêlËii;ïî;ñ; ilffi;¡rã ñöbìJvää."'-rq

Valeur est¡mée : 5O mA Assurez-vous que

5t.B

B.0s

-

-

I

l'intensité limite de la borne choisie est plus grande que la valeur à mesurer, sinon le fusible du mult¡mètre brûlena sous l'effet d'une intensité tnop élevée; la limite de l'échelle choisie sur le commutateur est supérieure à la valeur à mesurer, sinon l'écnan du

multimètre affichera I'infini.

Valeurestímée:24 Grillage du

fusible

CI.uCI

Gnillage du fusible L'appareil affichera O A si le fusible est brûlé, Attention cependant, car on obtiendra également O A si le courant est nul, s'il est trop faible pour être détecté par l'appareil ou si l'échelle sélectionnée est

00CI

trop gnande.

4A

Ghapitre 2

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

-

@

CE//EA

SÉlecnoN DE LA FoBME

DE couBANT

(c.c. ou c'a) qug. Enfin, il importe et < force électromotrice > sont aussi fiéquemment utilisées poür désigner la tension. Par contre, le terme voltage eJt un anglicisme qu'il est préferable d'éviter'

@

CF//EA

-

Reproduction lnterdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

2

â1

Errer

Les arcs électriques

ressemblent aux éclairs qui se produisent par temps orageux. En effet, les éclairs sont des décharges délectricité statique résultant d'une différence de potentiel, qui peut atteindre 100 mill¡ons de volts, entre les nuages

et la terre.

Tableau D1 Désignat¡ons des types, tensions

nominales et construct¡on des fils et câbles autres que les cordons souples

, :

DË LA TËNstoN

Dans un circuit électrique, à résistance égale, plus la tension est grande, plus I'intensité du courant (circulation dðs éleètrons) est élevée. óe la même manière quÞe forte pression dans une canalisation peut provoquer une fuite d'eau, une trop grande tension dans un ciicuit électrique peut entraîner la formatlon därcs électriques.

Cnox üËs coNDUcrEURs Laplupart des fils et des câbles conducteurs sont recouverts d une gaine isolante capable de résister à une certaine tension. si cette tension ãst dépassée, des arcs électriques risquent de se former entre les conducteurs, cequi provoque des courts-circuits. Afin d'éviter cette situation, on doit choisir I'isolation des conducteurs en fonction de la tension qu'ils devront supporter. Selon le Code de l'électricité du Québec, la tension d'isolation minimale pour tout conducteur e st de 300 V (sauf quelques rares exceptions). Cependant, il stipule aussi qubn doit choisir l'isolation des conducteurs selon la plus haute tension présente dans le conduit dans lequel les conducteurs sont insérés.

Fil de type RW-9O

Câble de type NMD-9O

Caractéristiques

Caractéristiques

r Tension d'isolation maximale : ó00 V (à 90 "C, sec ou humide)

r

r Tens¡on maximale d'isolation : 300 V (à 90 .C) ¡ Conducteurs de cuivre avec mise à la terre disponible

lsolat¡on xLP

:

lsolation PCV en nylon

¡ Enveloppe

PCV

I

r

Le fil de

r

La tens¡on maximale est

type RW-90 peut supporter une tension maximale de ó00 v tandis que le câble de type NMD-90 ne peut supporter que 300 toujours indiquée sur le rouleau de fil ou de câble et sur le fil lui-même.

v

Règles de I'art consulter le code de l'électricité 24 heures sur 24, c'est possible!

Fonn¡rs DF Tgtustoru Puisque le courant dépend de la tension, il existe autant de formes de tension que de formes de courant. Les formes des tensions et des courants sont les mêmes : continu (c.c.), alternatif (c.a.) ou pulsatif.

5e

Ghapitre 2

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

Tension continue ou c.c

Tension altennative ou

V

c.a,

---t

j Tension pulsée I

V

V

t

t

t

---.lL

--,Ë-Fixe

Fixe

+

+-

---'ì"k-

Variable

Variable

Pile, accumulateun

Baüterie, accumulateun

Source c.a. [génératnice, réseau Hydro-Ouébect

Sounce c.a. nednessée

Gorvrsnunrsoru rlg souncËs nË TËNsroN Il

est possible de relier les sources de tension en série ou en parallèle dans un circuit. Cela a pour effet de changer les caractéristiques originales (courant ou tension) des sources.

Sounces oE TENsroN EN sÉnre E= 1,5 V

/r*=14 o----_¡l----------{

alô IJ

\,r \Y=

1,5 V/

I.""=14 Une seule pile

=1,5V ,_".=14

E

+

-

E¡=1,5V

I^,,=1n

+

l*

- r*

{l\/xY=Er+E=3V""

ït

Imax ='l

A

Deux piles en série

@

CEüEA

-

En plaçant des sources de tension en série (l une à la suite de I'autre) dans un circuit, on change la tension du circuit; les tensions des sources sädditionnent, à condition que leurs polarités contraires soient connectées ensemble. Dans le cas contraire, les tensions se soustraient. Ainsi, dans de nombreux appareils électriques usuels, on trouve très souvent des piles branchées en série. Dans cette configuration,l'intensité maximale de courant qui circule dans le circuit reste la même.

Reproduction interdite

entre une pile et une batterie? Une pile ne qu'une voltarque dans laquelle se produit une réaccontient seule cellule que tion électrochimique. Souvenez-vous c'est la réaction chimíque entre deux métaux différents et une solution d'électrolyte qui crée une tension électrique. En raison de leurs propriétés électrochimiques, la plupart des píles génèrent une tension de 1,2v ou de 1,5 V selon la technologie employée. La batterie, quant à elle, est constituée d'au moins deux piles placées en série. Par conséquent, elle fournit une tension minimale de 2,4v ou de 3 V. Dans le langage courant, on emploie souvent le terme pour désigner une batterie, ou l'inverse. Connaissez-vous

Module

4

Électricité

Chapitre

2

53

Souncss E= 1,5 V

I =14 max

+l-.

AI

\l

\ v= 1,5 v"r I =14

DE TENsroN EN PABALLÈLE

Lorsque des sources de tension sont reliées en parallèle, leur caractéristique, en ce qui a trait au courant, est modifiée. En effet, dans cette configuration, ce sont les courants générés par chacune des sources qui s'additionnent. Les polarités semblables doivent être bien connectées ensemble. Par contre, la tension du circuit reste la même.

Une seule pile

Santé et sécurité

Er=Er='1 ,5V

Comment brancher des sources de tension en toute sécuritél Attention ! Lorsque vous placez des sources d'al¡mentation en parallèle, il est très important que vous vérifiiez si ces dernières sont de même tens¡on. De

l."r= 1A +

+

+t¡

t.t \

"1"

Y= 1,5 V/

I =24

plus, assurez-vous de bien relier les polarités semblables ensemble, Si vous ne respectez pas ces deux règles élémentaires, des courants de forte intensité circuleront à l'intérieur des sources, r¡squant de provoquer une explosion et des blessures graves. Pour éviter ce genre d'accident, utilisez toujours des conducteurs de couleurs différentes lorsque vous travaillez sur une source : selon les normes en vigueur, on connecte des fils rouges sur les bornes positives (+) et des fils noirs sur les bornes négatives (-).

max

Deux piles en panallèle

AAA, AA, C et D, qui sont vendues dans le commerce, fournissent toutes la même tension, soit 1,5 V ? Elles se distinguent uniquement par leur capacité à fournir un courant pendant une période de temps donnée. On mesure généralement la capacité d'une pile en ampères-heures (Ah). Par exemple,la capacité d une pile AAA est de I,25 Ah (elle peut fournir un courant de I,25 A durant une heure, de 2,50 A pendant une demi-heure, etc.) tandis que celle d une pile D est de 20,5 Ah. En règle générale, plus la pile est grosse, plus elle peut fournir de courant (puissance). Savez-vous que les piles

Vomrv¡ÈrnE La tension électrique se mesure au moyen d'un voltmètre. Sur les schémas des circuits, on le représente par le symbole normalisé. Voltmètre

Le multimètre possède un voltmètre intégré. Pour l'utiliset nbubliez pas de bien sélectionner la fonction voltmètre. Notez que la mesure de la tension est probablement la mesure que vous effectuerez le plus souvent dans la pratique de votre métier d'électricien. La pince ampèremétrique possède aussi un voltmètre intégré. Toutefois, si

vous voulez I utiliser, ses pinces ne vous seront däucune utilité ! Vous devrez la raccorder au circuit à läide de fils de mesure. Les procédures de branchement et de sélection des échelles sont alors identiques à celles du voltmètre.

BnnrucnEMENT DU volTMÈrne Comme la tension est une différence de potentiel électrique entre deux points,le voltmètre doit être branché en parallèle à la portion du circuit sur laquelle vous souhaitez prendre une mesure. Läppareil mesure ainsi la diftrence de potentiel entre les deux points. La figure ciaprès illustre la façon de brancher un voltmètre dans un circuit électrique. Dans cet exemple, le voltmètre est placé en parallèle avec une résistance afin de mesurer la tension à ses bornes.

54

Ghapitre 2

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

+ Fl1

t?.5v + +

E

+ Fla

La tension mesurée auxbornes d'un composant ne peut jamais être plus élevée que la tension de la source d'alimentation du circuit !

Pour mesurer la tension, vous devez connecter le fil rouge dans la borne des volts de votre multimètre. Souvent, cette borne sert aussi pour la mesure des résistances, de la continuité et des diodes. Assurez-vous de respecter la polarité du voltmètre en reliant le frl rouge (+) à la borne positive du composant et le frl noir (- ou COM) à la borne négative. Notez que, dans les faits, la borne positive du composant correspond à un point de tension plus élevé que la borne négative.

Borne pour voltmètre (+l : le fil rouoe Ia nelie à la borne positive äu circuit, soit le þlus haut point de tension.

Borne commune (- ou GOM) : le fil noir la relie à la borne négative du circuit.

Lorsque vous utilisez un voltmètre analogique (à aiguille), vous devez vous assurer de bien respecter la polarité des fils. Sinon, vous risquez d'endommager votre appareil. Lorsque vous utilisez un voltmètre numérique, cette précaution n'est pas essentielle. Toutefois, si vous ne respectez pas la polarité de votre appareil numérique, celui-ci indiquera une valeur négative. Dans tous les cas, il est donc préférable de respecter la polarité du voltmètre.

SÉlecnoN DE t'ÉcnrnE DEs votrs Les multimètres sont généralement munis de plusieurs échelles de volts. IJinterprétation de la mesure affichée par votre voltmètre dépend donc de l'échelle choisie. Comme dans le cas d'une mesure de courant, il est donc

préferable de faire un calcul préliminaire pour évaluer lbrdre de grandeur de la tension à mesurer. Les ajustements à réaliser pour vous assurer de la validité et de la précision de vos mesures sont similaires à celles prescrites dans le cas de I'ampèremètre. Vous devezdonc suivre les mêmes procédures en utilisant l'échelle des volts (CC ou CA) inscrite sur le commutateur de votre appareil. De même,läfñchage sera difiérent selon que vous utilisez un multimètre à échelle automatique ou à échelle manuelle. @

CE|IFA

-

Reproductton tnterdtte

Module

4 Électricité

ChaPitre 2

55

Sélection

Sélection

voltmètre

voltmètre CC avec

nS

CC

¡rilì

avec deux

cinq échelles de 2OO mV à 600 V

échelles:VetmV

i

Sélection

voltmètre CA

avec tro¡s échelles : 2O V

-l.

2OO V

et 60O V

"þì-

{e "ctF

A

mA

mV

pA

V

mA

Sélecti on voltmètne CA avec deux échelles :

A

OFF

¡rA

VetmV

VIEW MEIlI

rL:Árlr,rr,1 Q) l-lul(e

Echelle manuelle

Échelle automat¡que

MurrruÈrnË À ÉcHËLLË AUToMATTauE Valeun estimée : 152 mV

Valeur est¡mée

. 14,7

mV

V

mA

mV

mA A

A

o

ç)

Murr¡uËrng À ÉcHELLE MANUELLE Valeur estimée : 152 mV .i5ä

oFF -

OFF

v

A

l@o . Pour analyser ce type de circuit, vous devrez donc appliquer les notions relatives aux circuits en série et aux circuits en parallèle. La figure ci-dessous présente un circuit mixte dans lequel une résistance R, est montée en série avec un groupe de deux résistances (R, et Rr) branchées en parallèle.

La résistance Fln est branchée en série avëc le
, < planche d'essai > et < plaquette de montage >, ou encore le terme anglais breødboard, sont aussi utilisés pour désigner une plaque d'essai.

94

Ghapitre 3

Module

4

Électricité

Reproducilon lnterdlte

-

@

CEüIFA

GnnncrÉRsnouEs DE LA PLAou¡ o'essRl Une plaque d'essai est percée d'une multitude de petits trous,qui sont ãonirectés entre eù* par des liens électriques internes selon une conûguration standardisée. Cavaliers de liaison de ligne

Deux lignes indépendantes ftrous liés horizontalementl ÀÀÀÀÀÀÀÀoooöö iòôÀ6ñro@@{ou

3B3B3BStsEB3ßts8ô

rfirrrffifi

Fossé central

(séparateur)

ffiElcEI.¡¡ L.,.,... .. :-,

64 colonnes

indépendantes ftrous liéè verticalementl

ffi Vue intenne : schéma des connexions électniques internes

Vue du dessus [PhotognaPhiet

En observant attentivement la plaque d'essai, on remarque que les trous situés en haut et en bas de ta plãquã sont reliés horizontalement et forment des lignes indépendantes (sans cõnnexions verticales). Par contre, les trous situés au centre de ta plaque sont reliés verticalement et forment des colonnes indépendantes. Tõutefois, ceux situés dans la partie supérieure par un de la plaque sónt séparés de ceux situés dans la partie inferieure < fossé ) central (ou séParateur).

Il existe différentes plaques dþssai. Certaines ne possèdent qu'une seule ligne horizontale." fruot et en bas. Dans d'autres' une même ligne hãrizontale peut être séparée en deux, au centre. C'est le cas,-par 9xempl9, ã. fr pfuque^montrée cildessus. C'est pourquoi on y observe la présence de cavaliers qui assurent la liaison.

@

CEilEA

-

Renroductlon interdite

Module

4

Électricité

Chapitre

3

95

MorurncE D'uN ctRcutr suR uNE pLAouE D,EssAr ces plaques vous permettront de réaliser facilement et efficacement des montages de petits composants électriques et électroniques. La figure cidessous vous montre comment procédôr pour réaliser lä branchement de résistances sur une plaque d'essai à läide ã'un schéma de laboratoire (plan). R., B, et [o sont reliées sur une meme ltgne. o Fl1

gõüss3s

vn rufr

? ô ó óôöóôôó

ttStrrr

o

{ öóóóóóó

R2

ô ró ó óó¿ó

3gìss$sgì ooooooooo

ôt óåå öööóööóóð öóööòóóóó ôóóôóóó¿a óó ôô

n

R3

+

;çqt R. et R" sont reliées sur une meme colonne.

R" et Ro sont reliées sur une même ligne.

rrr

3r t tt öóôô óó ¿ Å

ttttttåt

PRiftnñss

r fr [fififir o d

rrrffirr

8üSES3E

ÍÍÍÍÍÍrÍ

OOrNmSnúN

sv{st\rt\f,sd

ooo ooooo ooo ooooo

ooooo

Règles de l'art Conseils d'utilisation de la plaque d,essai Avant de commencer tout montage, dessinez le schéma du circuit en indi-

quant clairement tous ses composants. Montez ensuite le circuit de manière

qu'il ressemble le plus possible à votre schéma. Ainsi, vous vous y retrouverez beaucoup plus facilement, particulièrement en cas de court-i¡rcuit ou de circuit ouvert. cependant, faites bien attention : une résistance horizontale ne do¡t pas être placée sur une ligne supérieure ou inférieure, sinon elle est court-circuitée. Espacez convenablement les composants sur la plaque. nprès avoir terminé le montage, assurez-vous, par une vérification visuelle'ou à l'aide d'un vérificateur de continuité, que chaque point de jonction du

schéma se trouve sur la plaque.

Faites l'exercice Montage de circuits et mesure des résista nces éq uiva lentes présenté à a page 97. I

96

Ghapitre 3

Module

4

Électricité

Reproduction tnterdite

- @ CE/|EA

æ

Fxercice praüique Montage de circuits et mesure des résistances équivalentes Durée:

t

120 rninutes

Précisions

Au cours de cet exercice, vous vous familiariserez avec le montage de circuits sur une plaque d'essai et avec l'utilisation d'un ohmmètre, d'un vérificateur de continuité, d'un multimètre ou d'une pince ampèremótrique, selon les appareils mis à votre disposition. tes objectifs de cet exercice sont de calculer la résistance équivalente théorique, de réaliser le montage du circuit, de prendre la mesure de la résistance équivalente réelle et de comparer les résultats obtenus'

I

Marche à suivre

|

À l'aide de l'ohmmètre ou du vérificateur de continuité, vérifiez les connexions internes de votre Plaque d'essai.

2

Pour chacun des circuits donnés

:

. calculez la résistance équivalente et inscrivez votre résultat dans l'espace prévu à cette fin (Valeur théorique); la valeur de la résistance prévu à cette fin (Valeur pratique); l'espace dans obtenu équivalente. tnscrivez le résultat valeur pratique' lnscrivez ce la et . calculez le pourcentage d'écart entre la valeur théorique résultat dans l'espace prévu à cette fin (pourcentage d'écart). Utilisez la formule suivante :

. réalisez le montage sur la plaque d'essai, puis mesurez

o/o

eC,ãrt=

1

- valeur

p

3,3

au besoin.

Valeur théorique

kO H3

valeur pratique

4,7 kA

6,8

:

Pourcentage d'écart

B4

Cfflfa - Reoroduction interdite

x 100

R2

Rr

2,7 kA

a

ue

Faites vér¡f¡er vos calculs et corrigez-les,

@ Circuit

Valeur théori ue

kO

Module

4

Électric¡té

Chapitre

3

97

b Circuit 2 Valeur théorique R1

1ko

R¿

valeur pratique

1,5 ko

:

Pourcentage d'écart

Circuit 3 Valeur théorique R1

H¿

10 ko

150 ko

B3

100 ko

R4

22

Valeur prat¡que

:

kO

Pourcentage décart

Circuit 4

H1

Valeur théorique

100 ko R¿

27O

kcl

Valeur pratique Hg

:

240 ko Pourcentage d'écart

9A

Ghapitre 3

Module

4

Êlectricite

Reproductton tnterdite

-

@

CFüEA

å

Circuit 5 R1

R3

1MO

150 ko

Re

H4

22 kO

470 ko

Gircuit 6

Valeur théorique

valeur pratique

:

Pourcentage d'écart

B2

Valeur théorique

3,3

4, ,,r,*

kO

Bs

B4

R5

2.7 ko

4,7 kO

Valeur Pratique

:

Pourcentage d'écart

1ko

Gircuit 7

R1

A

470 0 Valeur théorique

R2

1,5

1,5 ko

ç)

valeur pratique

B51ko

Pourcentage d'écart

R4 RÊ

3,3 kO

@

CEüEA

-

Renroduction lnterdite

:

270 ko D

Module

4

Êlectr¡cité

Ghapitre

3

99

b $

sur le circuit équivalente:

no

R.o (étape 3)

=

7, placez un fil entre les points B et c. Mesurez ensu¡te la résistance

_

Expliquez brièvement ce quis,est produit:

4 sur le circuit no z enlevez le f¡l installé au numéro précédent points C et D. Mesurez ensuite la résistance équivalente

et placez-le entre les

:

&o (étaPe 4) = Expliquez brièvement ce qui s,est produit

:

I

sur le circuit no 7, enlevez le fil installé au numéro précédent et placez-le entre les points B et D. Mesurez ensuite la résistance équivalente : R.o

(étaÞe 5) =

Expliquez brièvement ce quis,est produit:

$

sur le circuit no Z enlevez le fil installé au numéro précédent et placez-le entre les points A et D. Mesurez ensuite la résistance équivalente : &o (étape ó) =

rxpliquez brièvement ce qui s,est produ¡t

:

I

sur le circuit

no 7,

de la résistance

4o (étape 7) =.

enlevez le fil installé au numéro précédent et débranchez la patte au point B. Mesurez ensuite la iésistance équivalente :

R1

........................

Expliquez brièvement ce quis'est produit:

S rxpliquez brièvement pourquoi vous n'obtenez pas le même résultat aux étapes 7 et 8.

1OO

Ghapirne 3

Module

4

Électric¡té

Reproductlon interdtte

-

ø

CfffA

æ $

Mesurez la résistance équivalente de elacez en parallèle quatre résistances de 1 kO. une en prenant bien soin de mesurer' ce circuit. Retirez ensuite les résistances une à chaque fois, la nouvelle résistance équivalente

:

R"o(4x1kaen//)= R"o(3x1kQen//)= R"o(2xt kaen//)= R.o(1

xlkQ)=

lll

pouvez-vous conclure à propos des fn vous basant sur l'étape précédente, que

11

votre possession cinq résistances À cette étape de l'exercice, vous devez avoir en

parallèle ? comment pouvez-vous calculer résistances de même valeur montées en (R"o)? rapidement la résistance équivalente

dechacunedecesvaleurs:1kQ,2,2kç),3,3kQet4,7kc¿(soit,autotal,20résistances).Dessinezlescircuitsélectriquesquipermettentd,obtenirlesrésistances équivalentesindiquéesàpartirdesrésistancesqueVousavezenmain' R* = 1,1

a)

2,2

b)

kO

B.o =

2,2 kO

kç)

E'=

P=

' 'm6t!¡áo

Fl., = 2,65 kO

c)

2,7 kO

dl

4r=8Ooo

f)

F* = 5,2

B.** F* = 4,4

e)

kO

F

8.""u.¡. =

@

CEüEA

-

Reoroduction interdite

Module

4

Électricité

kQ

ou"e. =

Chapitre

3

1CJ1

% 6 ll

:':#:;:r*er

à rétape su¡vante, faites vérifier vos schémas et corrigez-tes,

wtontez ensuite les circuits que vous aurez dessinés. pour chacun des montages, mesurez la valeur de la résistance équivalente du circuit et comparez le résultat obtenu avec la valeur théorique.

G¡FTILLE EIE CC'NTHôLE

¡uroÉvnluATtoN

rnterprétation correcte des résurtats rors de ra vérification ' des connexions ¡nternes sur la plaque o;eiia¡. r Calcul correct de la R* :

- du circuit série - des circuits parallèles - des circuits mixtes r Mesure correcte de la R* - du circuit série - des circuíts parallèles - des circuits mixtes

r Calcul correct du

Zo

NON

T

n

n

f f !

:

n

I

tr

d,écart

r Explication et interprétation correcte

- de l'effet d'un court-circuit

our

;

selon l,endroit dans un circuit mixte

- de l'effet d'un circuit ouvert selon I'endroit dans un circuii m¡xte - de l'effet de l'installation de résistances de même vafeur en

parallèle r Agencement adéquat des résistances pour obtenir la valeur

finale souhaitée (4/S) rAnalyse juste des résultats

tr tr tr tr

! tr

I

T T

n n u

r Quel aspect de cet exercíce avez_vous le mieux réussi?

'

OUI

NON

l f, tr u

r r u f, f

r

n n

T

n u

T

n n n

f, n n

r Respect des consignes de sécurité r Respect du temps prescrit pour l,exercice

tr

n n n

6

ÉvaluRnoru supERVtsÉE

T T f T

rntr

I

ü

Quel aspect de cet exercice vous a donné re prus de difficurté ?

r Quelle stratégie allez-vous adopter pour surmonter cette difficulté à l,avenir?

Signature

1DP

Ghapirre S

Module

4

Électric¡té

Reproduction interd¡te

-

@

CEüEA

Flésurné

et à calculer la valeur de Dans ce chapitre, vous avez appris à analvser résistifs en série, en parallèle la résistance équivalent. ¿urrö äes circuitå mesure de compléter les phrases .. et mixtes. vous devriez donc être en consulter leiableau ci-dessous; il suivantes. Pour vous aider, vous polrvez pri"+"f*."tactérisiiques de chacune de ces configurations'

;äil;ïr

ReprésenÈation schématlque (pour trols -

rés¡stancesl

Rr E

+

+

R3

+

R2

R3

R3

Particularité du branchement

Les comPosa nts se touchent de

Les composants sont reliés bout à bout, Le

chaque côté et sont connectés directement aux bornes de la source.

courant est le même en point du circuit. tout i I

=R.=R.r+Rr+"'+R,

Galcul de la

résistance

éouivalente fR^) ou

tofale f4)

(n étant le nombre total de résistances en série)

R-^ augmente avec Ie

nömbre de résistances

I

R.q=R,=

.

;;.;;.å.

1

Rn

(n étant le nombre total de résistances en série) R - diminue avec le nombre de rd3iiiuncet; R-^ est toujours inférieure à la résistance aüant la plus petite valeur'

Certalns comPosants sont branchés en série tandis que d'autres le sont en Parallèle. ll n'v a pas de formule générale. tl faui décomposer méthodiquement le circuit en appliquant les formules appropriées aux sections en série et aux sections en Parallèle.

R

résistance ajoutée est en parallèle'

résistances

Court-circuit sur une résistance

Circuit ouvert sur une résistance

\ _+

-

(oL)

R"q

un circuit série indique qu,il y a une suite

1

iR*

R.q=0o

ausmente si la résistance

aöutéé est en série et diminue si la

\ v

v

qui sont traversés de composants (résistances ou autres)

par le même

2

Dans un circuit

deux chacun des points de jonction lie au moins

comPosants.

3

Dans un circuit ajoute des résistances.

que la résistance équivalente diminue à mesure

lbn

4Uncircuitenparallèleindiquequ,ilyaunesuitedecomposants(résistancesouautres)quisont soumis àla même

5

Un circuit ayant la plus Petite valeur interromPt le Passage

fait dans un circuit

6Un du courant dans le circuit'

7

@

Dans un circuit ajoute des résistances'

CEüEA -

Reoroduct¡on interdite

que la résistance équivalente augmente à mesure

Module

4

Électricité

lbn

Ghapitre

3

1OB

8

un court-circuit aux bornes

d une résistance d'un circuit'._.--_.

-.*

. provoque une augmentation non contrôlée du courant et la rupture des dispositifs de protection (fusibles ou disjoncteurs).

NC'TEE¡

144

Ghapitne 3

Module

4

Électricité

Reproducflon tnterdtte

- ø Cqlfa

trrE

LEC

rcl

fìyg.u_ous procédiez à la mise en marche d'un moteur électrique ou

\, en I'honneur de son inventeur, le physicien

allemand Georg ohm. c'est en 1828 que ce dernier précisala relation entre les trois principaux paramètres électriques, soit le courant, la tension et la résistance. De cette loi découlent deux autres lois fondamentales, Ia loi des boucles de Kirchhoffet celle des næuds de Kirchhoff, nommées, elles aussi, däprès le nom de leur inventeur, Gustav Kirchhofi, un autre qhysicien allemand. Établies en 1845, ces lois décrivent le comportement du courant et de la tension dans les differentes parties des circuits électriques simples ou complexes. Enfin, vous découvrirez unquatrième paramètre essentiel en électricité : la puissance électrique. Grâci aux lois précédentes et à la formule de la þuissance, vous serez en mesure d'analyser et d'estimer tous les paramètres électriques dïn circuit, quelle que soit sa configuration, et ainsi de vérifier son état.

Loi dtOhrn

.1,

i,i ¡>

B

V=Exl t=!B B=

- 9i F 2, alors t \ - Si V /, alors I / V: tension

en volts

v

[Vconstanr)

(Fconstanti f 14

B: résistance en ohms (e)

l:

d'ohm résume deux relations fondamentales que vous avez vues précédemment. D une part, le courant qui traverse un composant est inversement proportionnel à la résistance de ce composant. D'autre part, il est directement proportionnel à la tension appliquèe aux bornes dù composant. La loi d'ohm stipule que la tension (I/) observée aux bornes d'une résistance est proportionnelle à la valeur de cette résistance (R) et à I'intensité du courant (I) qui la traverse. La loi

intensité (courant) en ainpères (At

V=Rxl Tension

B=l

t=vR

Comme vous pouvez le constater, la formule de base de la loi d'Ohm mène à deux autres équations : la première montre qubn détermine le courant (1) circulant dans une résistance en divisãnt la tension à ses bornes (Ð par sa valeur en ohms (R); la deuxième montre qubn détermine la résistance (R) d'un élément en divisant la tension à ses bornes (Ð par le courant qui le traverse (I). Grâce à cette loi, vous povrrcz déterminer un des trois paramètres d'un élément en connaissant les deux autres et en effectuant un calcul simple. si vous éprouvez des difficultés à manipuler les formules, observez ledragramme ci-contre : il présente un truc qui vous facilitera la tâche. ce tableau montre un cercle qui vous permet de déterminer rapidement la relation entre les paramètres d'un circuit. Pour vous en seniir, il suffit de masquer le paramètre recherché (l'inconnu) avec un doigt; les deux paramètres qui restent vous indiquent la formule à appliquer.

lntensité du courant

1OB

Ghapitre 4

Module

4

Électricité

Reproduct¡on interdtte

-

A

CfffA

l=5mA .*'>

ExemPle déterminez la Dans le circuit simple représenté ci-contre' ietittun.. (R.) nécessaiie pour limiter le courant fourni par une source de tension de 10 V à 5 mA'

H,t=?

E=1OV

Solution

l'intensité dans le Connaissant la tension (V = E = 10 V) et (R) circuit (l = 5 riìA), masquez le paramètre recherché qui don nera la résistance (R,) du circuit' la formule áãns te triangle ci-dessous pour obtenir

r.,=I=Ï 10v ^ =5ñà ñr Rr=2000Ç)ou2kQ

Laloid'Ohms'appliqueàtouslestypesdecircuits'qu'ilssoientensérie' ." p"táffef. o" tni*t*. Débutons par le circuit série'

sÉnle AppucnrFN DE LA LOI n'onn¡ sun uN eHculT qui

précédent, le courant -. Comme vous I'avez vu dans le chapitre tout pgint.du circuit' Il ny circule dans un circuit ,Ziit ttt te meme en résistance ;."t pur.oott (tttemin) possible pour lui'.De. dus',!qui forment 1e des résistãnces équivalente est égalel i|;;**.'de chactine pour ci-dessousvous.montre la marche à suivre appliçer la loi d'Ohm dans un circuit serle'

;;;[; .l;;.î;;;pËpt"p*¿

Flr

Exemple

zko

et de courant Déterminez toutes les valeurs de tension dans le circuit donné'

Solution

.

beterminez d'abord la résistance équivalente circuit et dessinez le circuit équivalent' Rro=R,,+R, R"o=2 kO+3 kQ Ruq=5kQ

¡

E=1OV

Ruo

E=1OV

Be

3ko

du

F*=5kQ

en appliquant la loi d'ohm (,J généré par ra source de 10 v (vr= E = 10 v) Déterminez ensuite re courant totar

,,=t=fiå=o,oo2A=2rTìA

@

CEüEA -

ReÞroduction lnterdlte

Module

4

Électricité

Chapitre

4

1O7

r

Enf¡n, calculez la tension aux bornes de chacune des rósistances (Ri et RJ en appliquant la loi d,ohm.

2mA

2 mA

-)

+

FIJ

2ko

E=lOV

Le counanË e6t le même en tout_ point d'un circuit série

3ko

R2

2mA

tr=t.r=L=2mA,

Calculde la tension aux bornes de V.,=RrX/,, =R,, X/,

Calculde la tension aux bornes de Vr= Rrx lr= Rrx l,

R1

Vt=2kQx2mA

R2 :

uz=3kQx2mA 6V

Vt= 4V

Vz=

observez que la somme des tensions aux bornes de chacune des résistances est égale à la tension fournie par la source (V, + Vr= E).

Lol ors BoucrEs DE KtRcHHoFF [rerusroruf

une maille est une portion de circuit qui foràe une bouãle fermée. En partant d un point du circuit, on peut parcourir une maille en suivant le,trajet qu'e[ä dessine et revenir åu poìnt de départ sans qu,il y ait I d'interruption

électrique.

des boucles (mailles) de Kirchhoffindique que la somme lgi algébrique des diftrences de potentiel (iensions) dans une maille est nulle. fexpression ( somme aigébriquei signifie qr. i,r" ii."t compte du signe des tensions aux born"es dei éléments; en parcourant la boucle, les augmentations de tension (- vers +) sont additionnées et les chutes de tension (+ vers -) sont soustraites. L.u

Boucle 1 : ABED

Aval : on s'éloigne de la source, _.+

Voo-Vo.-V"r= O ou

Ce circuit contient tro¡s boucles (ou maillesl. Les flèches indiquent le seni du courant dans chacune.

+ +

,ñ

Vrr- V"r- V"r= O ou

\ãY*'

Aval

Boucte

V", = Vrr+ Vn

t*.\d

*"1 Amont

îrjt=ti""fÊ,oe

D

=Vor+V*

Boucle 2 : BCFE

vJ

Notez que la tension entre les points A et D correspond la sourcd ;

Voo

**/ Amont

B

3

F

E

Amont ¡ on se rapproche de la soúice.

. Il correspond au courant maximal que le fusible est capable d'interrompre. Ce paramètre prend toute son importance dans le cas d'un court-circuit. En effet, lorsqu une branche d'un circuit (dérivation) est court-circuitée, f intensité du courant s'élève à des valeurs qui sont plusieurs milliers de fois supérieures au courant nominal du fusible. f;arc electrique qui se

@

CEüFA

-

Reproduction interdite

Module

4

Électr¡cité

Chapitre

5

179

Sachez que la plupârt des fusibles que I'on trouve dans le com-

merce sont adaptés pour des tensions alternatives (c.a.), Si vous travaillez sur une installation c.c., vous devrez vous informer auprès de votre fournisseur pour savoir si le type de fusible choisi est convenable pour une application c.c,

forme au moment ou le fusible se rompt peut alors ioniser l'air interne, le rendant ainsi conducteur. Dans ce cas, le courant circulera librement sans jamais s'interrompre. Pour éviter cette situation, on peut augmenter le pouvoir de coupure du fusible en le remplissant avec du sable, par exemple. Ce dernier a pour effet de limiter au maximum la présence d'air dans le fusible et offre ainsi un obstacle à la formation d'arcs électriques. Notez que däutres techniques sont aussi utilisées pour fabriquer des fusibles à haut pouvoir de coupure. Les fusibles à haut pouvoir de coupure sont identifiés par les lettres HPC en français et HRC (High Rupture Capacity) en anglais. Un fusible standard ou code a un pouvoir de coupure de 10 kA, tandis quun fusible HPC a un pouvoir de coupure däu moins 100 kA; le plus souvent,les fusibles HPC ont un pouvoir de coupure de 200 kA.

VÉnrrrcnnoN D'uN FUstBrE La continuité d'un fusible peut être vérifiée de deux façons differentes : en coupant lälimentation du circuit ou en maintenant cette alimentation. Dans le premier cas, vous devez couper lälimentation et retirer le fusible de son support. Ensuite, vous devez mesurer sa résistance à l'aide de la fonction ohmmètre ou vérificateur de continuité d'un multimètre. Si votre multimètre indique une très faible résistance (R = 0 Q),le filament du fusible est intact. Dans le cas contraire, le filament est fondu. Vous pouvez également procéder à la vérification d'un fusible sous tension. Dans ce cas, vous devez alimenter le circuit et mesurer la tension aux bornes du fusible à läide de la fonction voltmètre d'un multimètre. Nbubliez pas de bien sélectionner le type de la tension mesurée (CC/ DC ou CA/AC). Si votre multimètre affiche une tension nulle (V= 0 V), alors le fusible est intact. Par contre, si vous mesurez une tension (celle de la source dälimentation), c'est que le fusible est rompu. Coupez alors I älimentation et remplacez le fusible.

Une fois que le fusible est correctement remplacé, refermez tous les couvercles etvérifrez que la machine alimentée est bien fonctionnelle. Au cas où cette dernière ne démarre pas ou ne fonctionne qu'un certain temps, verifrez de nouveau le fusible que vous venez d'installer. Si celui-ci est encore brtrlé, vous devrez chercher la cause du problème et le résoudre avant d'installer un nouveau fusible. Ne replacez jamais un nouveau fusible tant que vous nävez pas trouvé la cause du problème.

Santé et sécurité Règles pour remplaeer un fusible de façon sécuritaire Quand vous remplacez un fusible, soyez toujours très prudent afin d'éviter les risques d'électrocution. Avant de procéder à son remplacement, fermez le sectionneur ou le disjoncteur qu¡ alimente le circuit en cause. Puis procédez au cadenassage du dispositif de sectionnement. Enfin, assurez-vous que le circuit n'est plus alimenté en mesurant la tension aux bornes du fusible avec un volt-

mètre (CC/CA).

I

gO

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

-

@

CEüEA

D¡s¿orucrEuns Un disjoncteur est un interrupteur automatique qui ouvre le circuit si I'inteniité du courant qui le traverse dépasse la valeur admissible. Par rapport au fusible,le disjoncteur offre un avantage : on_peut lämorcer de ñouveau après une surcharge. Ainsi,lorsqu'il se déclenche, il n'est pas nécessaire de le remplacer comme un fusible. Pour le remettre en fonction, il suffit seulement de le réenclencher et de le basculer en position < Marche >.

Il existe plusieurs types de disjoncteurs, nommés selon leur principe de fonctionnement. On trouve ainsi des disjoncteurs thermiques, magnétiques et thermomagnétiques.

Drs¡orucrEun THERMIoUE Le disjoncteur thermique est formé d'une lame bimétalliqug (ou bilame), d'un élément chauffani et d'un contact. Constituée de deux lames de métaux différents qui sont reliées, la lame bimétallique est sensible à la température. En effet, chaque métal ayant un coefficient de dilatation diftrent,les lames se déforment en se courbant sous l'effet d'une augmentation de la température. Dans des conditions normales,la lame bimétallique est droite et assure la fermeture du contact, donc le passage du courant (voir figure ci-dessous). Le disjoncteur est conçu de manière à assurer le passage du courant maximal qu;il peut supporter pour une durée continue (sans fin). Lorsque le courant ot r.rþéri.oi ãu coufant indiqué sur le disjoncteut l'élément s'échauffe et la chaleùr produite entraîne la déformation progressive de la lame bimétallique. En se courbant, cette dernière provoque lbuverture du contact, ce qui interrompt le passage du courant. Toutefois, précisons que, si la surcharge d'intensite est provisoire, Par exemple au moment du démarrage d un moteur, la lame nä pas le temps de se recourber complètement et le disjoncteur ne se déclenche pas. Il y a donc un effet de temporisation par défaut. Cette temporisatioñ du déclenchement dépend de l'intensité de la surcharge. PhJle courant de surcharge est élevé, plus rapidement le bilame atteint sa température de déclenchement. Notez qu'en cas de faible surcharge le temps de déclenchement du disjoncteur est relativement élevé. Simples et robustes,les disjoncteurs thermiques sont utiljsés uniquement afin de protéger les conducteurs contre l'échauffement. IIs sont la protection idéale p-our les moteurs, les transformateurs ou les vannes magnétiques. Disjoncteur thenmique

Contact fermé : le courant circule.

Gontact ouvert : le courant ne circule plus.

Vers la charge

En cas de surcharge,

Alimentation

Alimentation

Surintensité

Gonditions normales

CE/|EA

-

I

bilame se courbe sous l'effet de la chaleur.

Bilame

@

Vers la charge

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitne

5

141

Drs¿orucrEuR MAcNÉTtouE Le disjoncteur magnétique est constitué d'une bobine (solénoide), dîn contact et d'un ressort. Dans des conditions normales,le courant qui traverse la bobine n'induit pas un champ magnétique suffisant pour surpasser la force du ressort. Sous lþffet de ce dernier, le contact reste ainsi fermé et assure le passage du courant. par contre, lorsque le courant est-supérieur au cou-rant indiqué sur le disjoncteur, le champ magnétique induit devient plus fort que la pression du ressort, ce qui prõvoqrie alois l'ouverture du contact, interrompant ainsi la circulatiõtr ãu .ourunt. Le tgmps de réaction de ce type de disjoncteur est plus rapide que celui d'un disjoncteur thermique, mais demeure plus lent que celui d'uì fusible.

Drs¿orucrE uR THERMoMAcNÉTtouE comme son nom l'indique,le disjoncteur thermomagnétique associe les deux types de fonctionnement précédents. Il comprendãonc à la fois une lame bimétallique et une bobine (solénoTde), ainõi qu'un contact et un ressort. Notez que la lame est placée en série avec la bobine de façon que les deux éléments soient traversés par le même courant. Toutefois, la bobine utilisée dans ce type de disjoncteur est calibrée pour un courant un peu plus élevé que celui indiqué sur le disjoncteur. pãr conséquent, lorsque le courant est légèrement supérieur au courant indiqué sùr le disjoncteur, le champ magnétique induit n'est pas assez fortþour ouvrir le contact. Par contre, la lame bimétallique s'échauffe, se déforme et finit par ouvrir le circuit si la surcharge persiste trop longtemps. Dans le cas d'uñ courant très intense traversant le disjoncteur, c'est le champ magnétique de la bobine qui ouvre immédiatement Ie circuit,le temps ãe chãuffage de la lame étant trop,long. comme vous polJvezle consiater, ce type ãe disjoncteur associe donc la rapidité du disjoncteur magnétique en cas de court-circuit et la temporisation du disjoncteur theimiquì en cas de lé-gère surintensité (charge inductive). c'est le type de disjoãcteur qui est le plus commun. La figure ci-dessous montre les cómposants intern.i d'urt disjoncteur thermique. Disjoncteun thermique

(þ

c

La manette sert à couper ou à réarmer le disjoncteur manuellement. Elle indique également l'état du disjoncteur : ouvert lOFfl ou fermé f OM, Notez que la plupart des disjoncteurs sont conçus pour pouvoir disjoncten le courant même si la manétte est maintenue manuellement en position fermée.

&

Ue a la manette, ce mécanisme éloigne ou rapproche les contacts.

ffi

Les contacts penmettent au courant de circuler lorsqu'ils se touchent.

ffi

Connecteurs [branchement du fil d'alimentationJ

@ B¡lame @ Vis permettant de fixer le disjoncteur sur la barre omnibus du panneau de distribution

ffi

1AP

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Ressort

Reproducuon interdite

-

@

CE//EA

SyrvlsolEs ÊLEcrnlouEs DEs DlsJoNcrEuRs aa

Du,,,1.,

Disioncteur uniPolaire

íl

åòrmaliséi, peu imoorte leur mode de ilËi-[ä;, ,y-u"r., Toutefois, remarquez qubn distingue des disjoncteurs fonctionnement. ;'ù"i';i;;;, uç àr"i* t Code

aa Disioncteun biPolaine

r-i) I

/-t\ .1. aa

les disjoncteurs schémas électriques, on représente tous

.iìtip ot"it*' s u*'-"ou s p ourquoi ? s elon le il importe de de l'électricitéfn .* ä. surcharge d'intensité,

ne sont pas mis à cou'er I'alimentatioï¿. tout les condricteurs qui -un circuit ne possède. Si ffi#iöI"îT.o"¿".teurs ). utiliser tzf q"ü ;,i'.ãn¿u.t "i"u"t-(par exempte'possède J\ Lll1sdwrez (par exemple, deux un disjoncteur unipòhire. Si löcircuit eä dans le bþlaire' disjoncteuì 240v),vous devrerlãät.t lttfil' "" (aiimentation trois phases)' . cas d'un circuit e trois ionducteurs vivants Notez que lg code stipule aussi ä;;tililr., on d;;þ".d, tripolaire. qui sont reliés à la terre oubn ne doit iu*.itint.tto*ptt ttt conducteurs

*

(appelés les cónducteurs

Disioncteur triPolaire


)'

Rsl.nts DE suRcHARGE rHERMtouE IRSTI

précédemment servent Les dispositifs de protection que nous avons vus et iþnsemble du circuit contre les hausses

;örd;;i;;;;;il|."rs

un dispositif particulier qui anormales ¿. .oorurri. Voyottt maintenant hausses soutenues ,.rt e prãi¿ger spécifiqugrlent les moteurs contre les ou Dans ce guide, nous les appellerons simplement ( bobinesD et nous les représenterons par la lettre L dans les schémas.

Con¡ponrEMENT DE LA BoBtNE EN c.c. Une bobine est un composant qui sbppose à toute variation de I'intensité du courant qui la traverse. Sa présence dans un circuit c.c. ralentira donc l'établissement du courant et minimisera I'effet des changements d'intensité. Ainsi, le courant ne s'établira pas instantanément à la fermeture de I'interrupteur, mais il augmentera graduellement et atteindra sa valeur maximale après un certain temps.

Pour bien vous représenter l'inductance d'une bobine, dites-vous que c'est un phénomène semblable à celui de l'inertie des corps en mécanique. Ainsi, dès que le courant dans un circuit veut varier, c'est-à-dire augmenter ou diminuer, l'inductance sbppose à cette variation, qui se trouve ainsi atténuée. Iinductance se compare à I'inentie des conps.

Vitesse

lnertie

acquise

Tension

Compression

Ð

Départ

ffi * @

Lor"qr" la voiture A démarre,

la voiture B résiste au mouvement en ra¡son de son inertie

CEüEA

-

Reproduction interdite

Arrêt

la voiture A s'arr€te, la voiture B prend un ceÊain temps à s'immobiliser en naison de la vitesse qu'elle a acquise,

$þ * Lorsque Module

4

Électricité

Chapitre

5

1Bg

Santé et sécurité tens¡on aux bornes d'une bobine peut être très élevée, et même beaucoup plus élevée que la tension d'alimentation. Afin dévitertout risque de blessures graves, branchez toujours vos appareils de mesure sur la bobine avant de l'alimenter, La

GorusrnruTE oE TEMps D'uN ctRculr RL Dans un circuit inductif RL (comprenant une résistance R et une bobine L), une période transitoire est nécessaire à l'établissement du courant à sa valeur maximale ou minimale. La période transitoire correspond au temps que met la bobine à se charger ou à se décharger en courant. On définit la constante de temps comme le temps nécessaire pour que la bobine atteigne 63 o/o de son courant maximal. Cette constante correspond également au temps nécessaire pour une diminution de 63 o/o du courant contenu dans la bobine au début de la décharge. Représentée par la lettre grecque tau (ø),la constante de temps d'une bobine se calcule par le rapport de f inductance à la résistance (L/R) du circuit:

T=

i

I

T:

constante de temps, en secondes (s) valeur de l'inductance, en henrys (H) R : valeur de la résistance dans le circuit, en ohms (Ç))

I

:

Observez ci-dessous les courbes de charge et de décharge du courant d'une bobine au moment de la fermeture et de lbuverture d'un circuit RL. Les données du tableau illustrent bien la progression de la charge ou de la décharge, exprimée en nombre de constantes de temps. Remarquez que le courant atteint presque sa valeur maximale ou nulle après une période correspondant à 5 fois la constante de temps (Sø). On peut généralement considérer qu'à 5T la bobine est pleine ou vide (à 100 %). Cþst ce qubn appelle le temps ou la période de charge ou de décharge. L'exemple suivant montre la méthode de calcul applicable à la charge et la décharge d'une bobine dans un circuit RL.

\

\ o

Charge du courant dans une bobine

E

x

ferm eture du circuit)

\

o E ù¡

t

tú

3 o (¡

! 0¡

ttt (! *¡

c(t o

du

o

o.

courant

une

t__ 1T

bobine (après ferm eture du

I

2

I I

1

o

3"3'c

1T

2'c

3r

4'c

Temps en eonstantes de temps

'l90

Ghapitre 5

_

Module

4

Électricité

5T

4T 5T

Charge

Décharge

63,2Yo

36,8Vo

86Vo

14 lo

96 t , ¡

o/o

4To

98Vo

2To

o/o

1%

99

Reproduction interdite

-

@

CEilEA

Exemple

1.

B

Considérant le circuit ci-contre, déterminez la constante de temps (r.) correspondant à la charge de la bobine (S., en position R).

A

E=5V

+

s1

B,I

B2

56

14 O l-=

2OO mH

Solution

q étant la seule résistance à intervenir dans la charge de la bobine, on a 2qq ryH 3,s7 ms 5óQ =

La résistance

, =L= Rr 2,

"-

:

Déterminez le courant maximalfourni par la source de tension dans ce circuit.

Solut¡on fournit le courant de charge de la bobine (S., à la position A). Une fois que la bobine est complètement chargée, au bout d'un temps équivalent à 5ø., elle ne fournit plus aucune opposition au passage du courant. Le courant dans le circuit est donc maximal et obéit de nouveau à la loi d'Ohm t - v- - E- = J=Y- = g9,2g6 tÍtL ,-R-R1 La source

:

-5óQ

3. Rprès la fermeture de l'interrupteu[ à la position A, déterminez le temps nécessaire pour que le courant maximal circule dans le circuit (temps de charge).

Solution Pour atteindre le courant maximal, la bobine a besoin de cinq constantes de temps (5q)

:

5?"=5x3,57ms=17,85ms

4.

Déterminez le temps nécessaire pour que la bobine perde ó3

7o

du courant qu'elle contient.

Solut¡on La perte de ó3 % du courant correspond à une constante de temps de décharge (zo). elle se produit lorsque 51 est placé à la position g. tes résistances & et R2 faisant partie du circuit de décharge de la bobine, on peut écrire: 2qq TH 2,8ó ms îuo-Rr+Rr= =:-L-=:?9Q4!:-= 5óQ+14Q- 70o

5.

Supposez maintenant que l'interrupteur (S1) est en position A depuis 5 heures. Calculez le courant circulant dans la bobine après un temps de 1ro après la commutation de l'interrupteur à la position e.

Solution Si l'interrupteur est à la position A depuis 5 heures (temps > 52.), le circuit est stable et le courant maximal (l = 89,286 mA) circule dans la bobine. Au moment de l'ouverture du circuit (S., à la position B), la bobine se

décharge.

.

Après 1ro,la bobine a perdu ó3 % de son courant initial, soit

:

0,ó3 x 89,286 ft'tA = 5ó,254 ÍltA

r

Après 1ro,le courant restant dans la bobine est donc de

:

89,286 mA - 5ó,250 mA = 33,03ó mA

6.

Calculez le temps nécessaire pour que la bobine soit complètement déchargée (temps de décharge).

Solut¡on Pour que le courant du circuit devienne nul, I'interrupteur doit être à la position B depu¡s une période correspondant à 5zo :

5 x ?o = 5 x2,86 ms = 14,3 ms ø

Cfffa - Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

5

131

Cnlcur. DE L'rNDucrANcE Éouvnlerure Tout comme les résistances,les bobines peuvent être branchées en série, en parallèle ou en circuit mixte. Elles réagissent de la même façon que les résistances, selon la configuration des circuits. Ainsi, tous les calculs applicables pour calculer la résistance équivalente le sont pour calculer I'inductance équivalente ou totale (l"n ou l ).

Circuit inductif série La valeur de I'inductance équivalente des bobines branchées en série est égale à la somme des inductances individuelles:

L"o= L, =

L

t+ Lr+ Lr+

... +

L,

(n = lenombre de bobines en série)

Circuit inductif parallèle On calcule la valeur de I'inductance équivalente de bobines branchées en parallèle à läide de la formule des inverses :

111111 t= Lr* Lr*

\* "'* I

ru, =

fu =le nombre de bobines en parallèle)

Lrq=

1

.+

t.t.+.

Circuit inductif mixte La valeur de I'inductance équivalente d'un circuit mixte de bobines dépend de I'agencement du circuit. On applique donc les notions relatives à chaque type de montage, selon le cas. IJexemple qui suit montre la façon de procéder

pour calculer l'inductance équivalente d'un circuit mixte de bobines.

Exemple

L1

5mH

Calculez l'inductance équivalente (l.o) dans le circuit ci-contre

L2

2mH

6mH

Lo

Solut¡on

r

oþservez le circuit et repérez les sections en série et les sections en parallèle. La þobine L2 est en parallèle avec la bobine

t..

La bobine t-, est reliée en série avec le groupe de bobines L2 et

L.

L"o=(Lr//Lr)+L,

r

Calculez l'inductance équivalente (Lo) aux inductances

1 t-n1 1-

Ç*E

¡

1 .

et

L.

Lr

5mH

1--=1,5rTtH

Zmn*ómn

1,5 mH

LA

Calculez l'inductance équivalente du circuit (t.q). L"q

19?

L2

1

=L, *Lo = $ mH + 1,smH = ó,5 mH

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Reproduction interdlte

-

@

CF//EA

"'j

,.) ,\ )

,.

.\

l

) ')

I l

I

Exercice 5,2

)

)

pour chacun des circuits donnés, dóterminez la constante de temps de charge (%) et de décharge (øj, le temps nécessaire pour que le courant circule à plein régime dans le circuit au moment où la bobine est reliée à la source (temps de charge noté (Temps pleinrù et le temps nécessaire pour vider complètement la bobine de son énergie (temps de décharge noté (Temps viderù. a)

R1

îc

1

50ç)

E+

TD

Re

10v_

goo

o

Li 40 mH

temps plein temps vide

b) )

Rr

1

l

Tc

15 kO

E+

25V-

TD

Re

3ko

L1

40 mH L, 4O mH

lemps plein

B3

Temps vide

@

CE/IFA

-

Reproductlon lnterdlte

Module

4

Élecmicité

Ghapiue

5

193

c)

Rr

1

Rs

5ko

Tc

15 ko Fla

8ko

L1

20 mH

Ln

15 mH

TD

E+

60v-

Temps plern Fls

7

kO

Fì4

ekl¿

L3

50 mH

Temps vide

GorunerusnrEuRs Plaques méta lliques

Les condensateurs sont des dispositifs qui présentent la particularité d'accumuler de l'énergie sous la forme d'une tension électrique. cette

propriété d'accumulation d'énergie électrique s'appelle capaèité. on peut également la définir comme la propriété dasbppoier aux variations de la tension dans un circuit. symbolisée par la letire c, la capacité d un condensateur se mesure en farads (F). Notez qubn emploie parfois le terme < capacitance > pour désigner la capacité électrlque ã'un condensateur. Le terme capacitor, également utilisé, est un anglicisme.

ls

Gondensateur

v

---J

r-

Gondensateun non polarisé

un condensateur est constitué de deux plaques métalliques séparées par un isolant appelé < diélectrique >. observez ci-contrè le schéma d'un condensateur et les symboles normalisés des deux principaux types de condensateurs. La capaclté d'un condensateur dépend de sa dimènsion (surface des plaques), de la distance entre les plaques et de la nature du diélectrique qui peut être du mica, de l'air, du papier ou de la céramique. Les sources dälimentation c.c., les circuits électroniques, les circuits dbscillation de temporisation et les circuits dälimentation industriels des moteurs monophasés (c.a.) sont des exemples de circuits qui contiennent des condensateurs.

--1trGondensateun

polarisé

certains multimètres peuvent mesurer directement la capacité d'un condensateur. cependant, leur échelle de mesure est souvent très limitée. Tout comme dans le cas de la bobine, on doit alors procéder par expérimentat¡on, appliquer la lo¡ d'Ohm et déterminer sa valeur à l'aide d'une formule qui lui est propre.

Gnox Du coNDENsATEUR Quand on doit choisir le condensateur à installer dans un circuit, trois critères sont à considérer : . le type de condensateur, polarisé ou non; . sa capacité, en farads (F); r et sa tension nominale, exprimée en volts, qui est la tension maximale qu'il peut supporter à ses bornes.

194

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

-

@

CEüEA

Santé et sécurité Précaut¡on à prendre avant d'installer un condensateur Avant d'insérer un condensateur dans un circuit, il est impératif de prendre en compte sa tension nominale (ou maximale). En effet, l'application aux bornes du condensateur d'une tens¡on supérieure à sa tension nominale peut causer la rupture de son diélectrique et provoquer une explosion entraînant des blessures grâves. C'est pourquoi il est important de toujours choisir un condensateur qui supporte minimalement la tension de l'alimentation (E). Dans la pratique, on choisit souvent une tension deux fois plus élevée (2 x E) Þar souci de sécurité.

GouponrEMENT Du coNÐENsATEUR EN c.c. Dans un circuit c.c., le condensateur a pour fonction de sbpposer à toute variation de la tension électrique. Comme dans le cas de l'inductance d'une bobine, la capacité d'un condensateur peut se comparer à I'inertie des corps mécaniques (mais en agissant, cette fois, sur la tension).

À la fermeture d'un circuit, le condensateur se charge en énergie électrique jusqu'à ce que la tension entre ses plaques soit égale à la tension de la source. À cet instant, le courant devient nul. Si on ouvre le circuit, la tension se maintient en raison de la présence du diélectrique.

Santé et sécurité Précaut¡on à prendre avant de manipuler un condensateur Attention ! Lorsque vous débranchez un condensateur de la source d'alimentation, soyez toujours très prudent avant de le manipuler. En effet, la tension se maintient entre ses plaques, même si le circuit est ouvert (hors tension). pour éviter les risques de choc électrique, vous devez d'abord couper I'alimentation du circuit, puis court-circuiter un condensateur, à l'aide d'un tournevis, par exemple.

GorusrnruTE DE TEMPs D'uN

crncur RC

Dans un circuit capacitif RC, qui comprend une résistance et un condensateur, un délai est nécessaire avant que la tension aux bornes des plaques soit égale à celle de la source dälimentation. Comme dans le cas de la bobine, il faut donc un certain temps de réponse pour quun condensateur accumule ou perde de l'énergie électrique (tension). Par définition,la constante de temps tau (ø) correspond au temps nécessaire pour que le condensateur atteigne 63 o/o de sa tension maximale (selon le circuit). Notez que cette constante correspond aussi à une perte de 63 o/o par rapport à la tension contenue dans le condensateur au début de la décharge. La constante de temps tau (ø) se calcule à läide de la formule suivante :

T = RX

C

? : constante de temps

en secondes

(s)

C: capacité du condensateur en farads (F) R : valeur de la résistance intervenant dans le circuit, en ohms (Q)

Observez à la page suivante les courbes de la constante de temps durant la charge et la décharge de la tension d'un condensateur.

ø

Cff/fA -

Reproduction ¡nterdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

5

'195

,l

\

g

Change de la tension aux bornes

tú

d'un condensateur

+, o +,

\

tr

.9

\

o

E 0,

.e 0,

!

0,

o)

]

(û

¡J

{

tr

0¡

E

I

I

o

Â.

rge d'un condensateur

I

T

aux

1T

I 1

2t

! ¡

o

1T

21

3't

4ç

5r

I

-+-

Charge

Dêcharge

63,2to

36,870

86

o/o

3T

96To

4'r

98Vo

5.r

o/o

14

4 I

To o/o

2lo

+

Temps en constantes de temps

99

I

1Vo

I

Vous remarquerez que ces courbes sont identiques à celles d'une bobine (tableau de la page 190). Ainsi, après une constante de temps (1ø),le condensateur est chargé ou déchargé à 63 o/o dela tension maximale de la source (E). Après cinq constantes de temps (5ø), le condensateur est complètement chargé ou déchargé (à 100 %).

Exemple

B

{.

A

Observez le circuit capacitif RC apparaissant ci-contre et déterminez la constante de temps (ø.) corresÞondant à la charge du condensateur (S1 en position A).

en position A -+ charge du condensateur

51

en position B -+ décharge du condensateur

Hr=

27

E+

50v-

S.,

s1

27 ko

c= 1O ¡rF

100

v

Solution R,

étant la seule résistance à intervenir dans la charge du condensateur, on peut écrire

T"= RrxC =27 kQ x 10 ¡rF = 270 flS

2.

Déterminez la période nécessaire pour que le condensateur soit complètement chargé (temps de charge) après la fermeture de l'interrupteur (S1 en position A).

Solution La période nécessaire pour charger le condensateur à la valeur de la tension de la source (E) correspond à cinq fois la constante de temps %, soit 5% :

53.=5x270ms=1,35s

'l96

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CE//EA

g.

à la position A depuis 30 minutes' Déterminez le courant qui circule dans le circuit si l'interrupteur est

Solution

B

Le condensateur se charge complètement en 1,35 seconde' Rprès 30 minutes, il est donc chargé à la tension de la source (E = 50 V). Le

illustré ainsi

s1

A

circuit équivalent à cette situation peut être

Br= 27

27

E+

:

50v_

E

50 V

Le condensateur est devenu une source chargée à la même tension que la source.

pas de

potent¡el de chaque côté), il n'y a comme on a s0 V à gauche et s0 V à droite (donc le même on obtient (v*, = 0 v)' En appliquant la loi d'ohm' différence de potentiel aux bornes de la résistance q

v^,

ov ,v t=þ=T;=zfio

=o

:

A

par conséquent, il n,y a plus de courant dans le circuit lorsque le condensateur est complètement chargé'

4.

du est en position A depuis deux heures, calculez la tension aux bornes que l'interrupteur est à la position a' condensateur lorsqu'un temps de 1zo s'est écoulé depuis En supposant que

l,interrupteur

(s1)

Solution

(temps > 5ø.), le circuit est stable et le condensateur si l,interrupteur est à la pos¡tion A depuis deux heures

63o/odesatension estcomplètementchargé (v"=E=s0v).Aprèsundélai delro,leðondensateuraperdu initiale, soit: 0,ó3 x 50 V = 31,5 V (Perte de tension)

Donc,latensionauxbornesducondensateuraprès1'Destde:

50V-31,5V=18,5V

S. Calculez le temps de décharge du condensateur

lorsque l'interrupteur

S1

est placé à la position e'

Solution

est égal à cinq fois la constante de temps Le temps nécessaire pour complètement le condensateur

constante de temps de la décharge de décharge (5øo), pour le déterminer, on doit d'abord calculer la (S1 en position B), donc : Les résistances R1 et R2 sont en série pour la décharge du condensateur

(tJ'

To=RxC=(R,,+Rr)xC îo=(27 RtL+27 kO) x 10PF = 540 ffiS Le temps de décharge du condensateur est donc égal à

:

5x3o=5x540ftìs=2,7s

Gn¡.cuL DE tA cAPAG¡rÊ Éou¡vnlerur¡

Tout comme les résistances et les bobines,les condensateurs peuvent faites être reliés en série, en parallèle ou en circuit mixte' Toutefois, que les façon même la très attention, .url|, ,ti t. .o*portent pas de résistances et les bobines, et les formules à appliquer sont inversées.

Circuit caPacitif série

la distance La capacité ã'un condensateur est inversement p-roportionnelle à (isolant)' qui sêpare ses plaques, c'est-à-dire à l'épaisseur du.diélectrique iotrqobn -ottte ðes condensateurs en série, cela équivaut à augmenter

@

CEüEA

-

ReÞroductlon ¡nterdlte

Module

4

Électricité

Chapitre

5

197

lépaisseur du diélectrique. cela a pour effet de diminuer la capacité équivalente, qui est donc inferieure à la plus petite capacité individuelle. Ita caglçili équivalente ou totale d'un circuit capacitif série se calcule donc à läide de la formule des inverses:

*=å=+.+.+* *+ (n C.q=C,=

=le nombre de condensateurs en série)

1

+. q *i-*... * 1

L3

1

cn

Circuit capacitif parallèle La capacité est directement proportionnelle à la surface des plaques. En montant des condensateursèn parallèle, on augmente la surface des plaques,.ce_qyi u po_ur effet d'augmènter la capacitã équivalente ou totale du circuit. Elle est doncégale à la somme des capacitds d. .hu.,rn d., condensateurs formant le circuit : C.q = C, = C, +

C

r+

C" + .., +

C, (n = le nombre de condensateurs en parallèle)

Circuit capacitif mixte La valeur de la capacité équivalente ou totale d'un circuit capacitif mixte est cléterminée par lägenðement des condensateurs. Toutefois, nbubliez pas de penser à I'envers ! En effet, à la diftrence de ce qubn fait avec les résistances et les bobines, on additionne la capacité des condensateurs en parallèle et on applique la formule des invôrses avec les condensateurs en série. suivant montre la marche à suivre pour déterminer la JJexgmple

capacité équivalente d'un circuit capacitif mixte.

Exemple

c1

calculez la capacité équivalente du circuit apparaissant ci-contre. 15

¡rF

c2

1O

pF

Ca

Solution

r

observez le circuit et repérez les sections en série et les sections en parallèle. Les condensateurs C2 et Ca sont reliés en parallèle. Le condensateur c1 est relié en série avec le groupe de condensateurs c2 et ca.

C"o=(Cr//Cr)+C.,

¡

Calculez la capacité équivalente (Co) pour les condensateurs C

o= Cr+ C, = 19

¡tF

+20 ¡rF = 30

pF

C2

et

Ca

branchés en parallèle. c1

15 pF

r

calculez la valeur de la capacité équivalente ou totale du circuit (co en série avec c,). ceq

=lj-T-=--i-:---î---= q-q TE rrF-80-pF

1o t¿F

ca

30 pF

20 pF

VÉnrncnnoN o'uru coNDENSATEUR

Étant donné que les multimètres ne possèdent pas tous une fonction capacimètr. rpécifiqu., on met généialement à profit la-propriété du coïdensateurã emmagasiner de l'énergie (sous forme de tension) pour le vérifier. Dans tous les cas, un condensateur se vérifie après avoir été isolé du circuit en toute sécurité. Une fois qu'il est retiré du circuit, déchargez-le de manière sécuritaire. Branchez ensuite un ohmmètre à ses borneslt observez ce qu'affiche votre appareil de mesure.

. Si la valeur affichée par lbhmmètre augmente progressivement jusquä linfini (OL), alors ldcondensateur est ionctionnel. Cela signifie, en effet,

'

qu'il sèst charç jusquä la tension de.lbhmmètre ou du multimètre. Si l'upp*.il affiche immédiatement I'infini (OL), soitle condensateur est défeåtueux, soit sa capacitéest très petite (temps de charge très rapide).

Dans ce dernier cas, une vérification supplémentaire s'impose. Pour ce faire, reliez le condensateur en série à la plus grosse résistance à votre disposition. Lavaleur de la résistance en série doit être d'au moins 1 MÇ¿. Puis reprenez la mesure avec lbhmmètre en ayant bien pris soin de court-circuiter préalablement le condensateur pour le déchargert ]{o!ez qul le court-circuit äst établi temporairement; il a þour seul but de vider le condensateur de toute tension. Le coìdensateur ne doit plus être en court-circuit lorsque vous prenez la mesure. Vous devriez être alors en mesure de conclure.

Exencice 5.3 1

pour chacun des trois circuits RC donnés, déterminez la constante de temps de charge et la période de charge (((Temps pleinrÙ et de décharge ((Temps videtÙ.

al

Rr

TD

R2

25 V

) et de décharge (zJ,

Tc

1

10 ko E +

(t

loo

ko

1O pF

c1

Temps plein Temps vide

þ)

R{

100

E+ 12V -

Tc

1 c¿

Tct

He

4OO

O

Cr

6pF

4vF

G,

Temps vide

o

@

CEüEA

-

Reproduction lnterdite

temps plein

B3

Module

4

Électric¡té

Ghapitne

5

'l

gg

c)

R1

10

1

kc¿

5ko R2

5(l

30

c1

kç¿

2pF

Tc Ca

1pF TD

E+

VR3

2

Rr

10

ko

R4

En considérant que vous avez en

. deux condensateurs de 5 ¡rr;

20

kO

Temps plein

3uF

Ca

Temps vide

votre possession les condensateurs suivants

:

:un condensateur de 10 UF;

r trois condensateurs de

ret deux condensateurs

t

Ur;

de 2s UF,

réalisez les schémas des circuits capacitifs correspondant aux capacités équivalentes (ou totales) données.

a)

C"q= 416,66 nF

b) c.q = 5o ur

c)

C.o = 9,375 Ur

d)

C"o= 22,5 ¡tF

Faites l'exercice Temps de charge et de décharge des à la page 201.

condensateurs présenté

POO

Ghapitre 5

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

æ

Hxercice Praüique Temps de charge et de décharge des condensateurs ourée: 75 minutes

I

Précisions

avec la charge et la décharge d'un Dans cet exercice pratique, Vous Vous familiariserez le comportement des condencondensateur dans un circuit c.c. De plus, vous étudierez sateurs en série et en Parallèle. Pour réaliser cet exercice, vous avez besoin

:

. d'une plaque d'essai;

.d'une résistance de 470 ko (R1); . d'une résistance de 22o ko (Rr)i . de deux condensateurs électrõ[tiques de 10 UF, 30 v .d'une source de tension c.c. variable; analogique (de préférence); analogique (de préférence) . d'un multimètre (voltmètre) numérique; . d'un chronomètre.

' d'un milliampèremètre (voltmètre) ' d' u n mu lti mètre

: 1

2

ø

(c1

et cr) i

;

Marche à suivre de 15 V en série avec une Dessinez le schéma d'un circuit : une source de tension polarisé de 10 uF' résistance de 47OkC¡ et un condensateur électrolytique qui mesure le courant Représentez aussi, sur ce même schéma, le milliampèremètre, bornes du condensateur' du circuit, et le voltmètre, qui mesure la tension aux

que le temps de charge complet' Calculez la constante de temps du circuit ainsi

Cfl/fa - Reoroduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

5

2CJ1

tÐ S

Réalisez le montage du circuit que vous venez de dessiner sur une plaque d,essai sans y relier de source d'alimentation. Placez correctement le milliampèremètre et le voltmètre (analogiques, de préférence) afin dbbserver le comportement du circuit. Faites b¡en attention à la polarité du condensateur.

@ 4

ã

E

Avant de poursuivre, faites vérifier votreschéma

et

voscarcurs.

Placez ensu¡te le circuit sous tension et observez attentivement vos appareils de mesure. Décrivez brièvement vos observations relatives à la tension et au courant.

Selon vos observations, en combien de temps la tension aux bornes du condensateur est-elle devenue stable? si vous ne l,avez pas chronométré, fermez la source de tens¡on, court-circuitez le condensateur et remettez la source en fonction en même temps que vous démarrerez votre chronomètre. Notez que le condensateur n,atteindra pas la tension de la source en raison de la résistance interne du voltmètre, vu que l'appareil est relié en parallèle au condensateur.

oébranchez le voltmètre analogique et attendez quelques secondes. prenez ensuite le afin de conserver en mémoire la plus haute tension mesurée. Placez-le aux bornes du condensateur et notez la valeur affichée.

voltmètre numérique et pressez le bouton

T

g

POP

Chapitre 5

Replacez le voltmètre en_lecture continue (pressez à nouveau sur le bouto n .

*"

,+s

,t

Ð+ Par contre, lorsqu'on naPProche deux oôles de nature contralre' on cohstate une attnact¡on entre

Lorsqu'on raPProche d.eux Pôles de même nature, on observe une népulsion entre les deux aimants.

les deux a¡mants'

Attraction

RéPulsion

Cunrvlp MAcNÊTlouE

Eì e"erçant une force magnétique invisible, un aimant modifie

les

propriéiés magnétiques dã ltspãce qui l'entoure. Le champ magnétique i.pi"r.nt. ainii l'inhuence mignéti(ue de l'aimant dans l'espace. Pour a recours au reþrésenter un champ magnétique.autour d'un aimant, on à., iigrr"r dË fo"cä, appelées aussi ou le < produit croisé >, car contrairement à l'amplitude, qui suit une courbe sinusoïdale,le temps,lui, a une relation linéaire avec längle de phase. Si on considère à nouveau le déphasage entre deux ondes sinusoïdales illustré précédemment, on observe que lbnde est en retard de 4 ms par rapport à lbnde . Combien ce temps représente-t-il de degrés ? Pour trouver la solution, il suffit d'appliquer la règle de trois suivante : Sachez

Période

*-\ 24 ms

360'

e+

4mse+f

t9!,' t" -44

*= 4 T".

=

59.

En fait, I'onde aKu éüant en retand par rappont à I'onde aT¡t, son déphasage est donc de -EiO*o pàr rapþort à l'onde aTtt.

Attention, le signe varie selon ce qu'inOique le graphique (en retand : -; en avance : +J.

J

Cette technique est utilisée pour dessiner les vecteurs de phase ou pour calculer la tension instantanée d'une onde. Notez que l'angle de phase correspond au paramètrc þ de la formule de la valeur instantanée. Portez une attention particulière à sa polarité (signe).

Vecteur de phase Vous vous doutez bien qu'il n'est pas toujours très pratique de dessiner les ondes sinusoïdales afin de les comparer. De plus, dans les chapitres à venir, vous devrez additionner et soustraire des ondes sinusoïdales. Cette tâche devient ardue et complexe lorsque les ondes sont déphasées. Heureusement, il existe une méthode qui permet de simplifier cette opération : elle consiste à dessiner le diagramme vectoriel et fait appel aux

vecteurs de phase.

Avant d'aborder de façon plus précise les vecteurs de phase, nous devons rappeler les notions de base relatives aux vecteurs. Un vecteur est une reþiésentation linéaire d'une force physique. En général, cette force peut êtie un poids ou une vitesse. Dans notre cas, elle Peut être I'un des quatre paramètres électriques, soit une tension, un courant, une résistance ou une puissance. Comme illustré ci-dessous, un vecteur est caractérisé par un module (une longueur), un sens et une direction. v

s Le module esü la longueur du vecteur,

\

\,

S = 3,5.265" I

\ L'angle indique la

direction et le sens.

€¡50

x @

CE///EA

-

Reproduction lnterdlte

Module

4

Électricité

Ghapitre

6

231

Le vecteur de phase est un vecteur dont la direction correspond à l'angle de phase par rapport à lbrigine (axe des x) et dont le module

(longueur) correspond à la valeur efficace (tension, courant, puissance) de lbnde. observez ci-dessous trois ondes sinusoïdales déphãsées et leur représentation en vecteur de phase. On désigne cette représentation par les expressions < diagramme vectoriel > ou < diagramme de phase >. Onde de réfénence RêÈard Décalée vers la dnoite,

Avance

l'onde masses). lmaginez ce qui se passerait si la référence était reliée au côté d'une source altefnative sans transformateur d'isolat¡on !

Attention ! Vous devezvous assurer que l'oscilloscope n'est pas en contact avec une surface métallique, qui serait en lien avec la mise à la terre' Dans (par son cette situation, lbscillosCope serait de nouveau relié à la terre boîtier) et le transformateur d'isolation ne servirait plus à rien. Étape 2 zYérifrez les sondes de l'oscilloscope. Unð fois que vous êtes certain de travailler en toute sécurité, assurezuon. qo. i'appareil est fonctionnel. Pour ce faire, branchez les sondes de votre oscillör.op. (une à une) à Ia sortie Probe Adj, le lbscilloscope, puis aiustez vos écheiles (selon les étapes 3 à 6) pour qu'elles soient conformes lbnde a'u signal émis par l'appareil. Alnsi, vous devriezvoit à l',écran de la façade sur indiquées sont fréquence la dont la tension maxiilale et vous indications, aux lbscilloscope. Si le signal afûché n'est pas conforme devreztrouvez la cauie du problème. Ñotez que ce problème p,eut découler d'un mauvais ajustement, oì du mauvais fonctionnement de l'oscilloscope àu, plus probablement, de la sonde; assurez-vous donc que cette dernière n'est pas à la position GND ou x 10. Étape 3: Ajustez l'échelle de temps (Time/Difl HaËituellement, lorsqubn mesurè un signal, il est préferable dèn connaître au moins les caractéristiques approximatives. Ainsi, si vous connaissez sa période, il vous sera plus facile däjuster l'échelle de temps. Souveriez-vous que l'écran de lbscilloscope possède 10 divisions

@

CEüEA

-

Reoroduction interdite

Module

4

Électricité

Chapitre

6

245,

horizontales (10 lignes sur l'axe des x) pour tracer lbnde mesurée. Ainsi, q".{l"pu}t la période du signal à mesurer par 10, vous obtenez la valeur de l'échelle à sélectionner à I'aide du commutateur Time/Div.Notez que, si cette échelle n'est pas indiquée sur le commutateur, vous devrez sélectionner l'échelle supérieure. Etape 4: Déterminez le nombre de divisions horizontales nécessaires pour afâcher lbnde mesurée selon sa période. Pour ce faire, vous d1vez simplement ãiviser la période de lbnde par votre échelle de temps (valeur d une division).

Etape 5 : Ajustez l'échelle des volts (Volts/DiÐ. Si vous connaissez la valeur de la tension à mesurer, alors divisez sa de crête par 4. Remarquez qubn divise par 4,car, bien que l'écran 1al.e.ur de lbscilloscope possède 8 divisions verticaler,lbnd. entière comprend une alternance positive et une alternance négative. si vous préférei, vous pouvez aussi utiliser la valeur de crête à crête de lbndã et la diviser par 8 (8 divisions verticales). Le résultat de cette opération vous indique l'échelle de tension à sélectionner à I'aide du commutateur (volts/DiÐ. Si cette échelle n'est pas indiquée, alors sélectionnez l'échelle zupérieure. si le signal à mesurer est assez grand (supérieur à 40 v), vous devrez placer le sélecteur de votre sonde (ou lbscilloscope, selon le cas) à la position xl0. Grâce à cette opération, toutes les valeurs de l'échelle des tensions (voltvDiv) se19n! multipliées par 10. Rappelez-vous que cette opération nbffecte pas l'échelle du temps (Time/Div).

É9q" 6 :,Détermi nez lenombre de divisions verticales nécessaires pour afâcher lbnde mesurée selon son amplitude. Pour ce faire, divisez la tension de crête de lbnde par votre échelle de tension (valeur d une division). Étape 7 zYérifrezläjustement des autres boutons. comme nous lävons mentionné précédemment, vous ne devriez pas avoir besoin d'ajuster les autres bóutons de lbscilloscope. En effet, ceux-ci servent à des applications particulières qui ne seront pas abordées dans ce guide. Yérifrez simplement s'ils sont bien en conformité avec les indications prescritesdãns le paragraphe précédent. Il y a toutefois une exception à cette règle, elle concerne le bouton Level:il arrive fréquem_ment, en effet, que lbn doive ajuster ce bouton afin de stabiliser lbnde à l'écran. Attention : l'ajustement de ce bouton étant relativement précis, il importe donc de le manipuler très délicatement. Étape 8 : Prenez les mesures. vous voilàen^fi1 nrêt à prendre des mesures avec votre oscilloscope ! Notez que la fréquence varie rarement à I'intérieur d'un même circuit. Par conséquent, la seule échelle que vous a:urezà ajuster au cours de vos mesures en laboratoire devrait être celle des volts (volts/Div), selon l'endroit du circuit otl les mesures sont réalisées.

Avant de commencer les exercices théoriques et pratiques, voici un exemple de problème_quirésume la marche à suivre pãur procéder aux ajustements des échelles de lbscilloscope.

P.46

Ghapitre 6

Module

4

Électricité

Reproduct¡on tnterdlte

-

ø

CflfA

Exemple Sachant que vous devez mesurer l'onde du secteur, c'est-à-dire l'onde fournie par le réseau d'Hydro-Quéþec (soit 12Ov,60 Hz), déterminez tous les ajustements à faire sur l'oscilloscope apparaissant ci-dessous. Sélectionnez les échelles adéquates de temps et de tension, et tracez la représentation attendue de lbnde selon ces ajustements. Time,/Div

Volts,/Div

.1, .2, .5, 1, e, 5,1O, 2O, 5O fFSl .1, .2, .5, l, 2, 5,íO, 2O, 5O fmst

20 , 5O fmVl .2 , .5, tl, 2, S lvl

1 2, 5, 1O, 1

Solution

1. Afin de procéder à l'ajustement des échelles, déterminez .

la période de l'onde et sa tension maximale (%**).

Calcul de la période de l'onde (D.

Connaissant la fréquence de l'onde, déterminez sa période

T=L=---1-=16,67 '-f-60H2

.

:

ms

Calcul de Vru* (ou %.u,J. La tension de 120 V de l'onde fournie par Hydro-Québec étant une valeur efficace, trouvez d'abord la valeur maximale correspondante : Tmax

2.

= %,0t" =

#

=

##

=

169,73 V

Sélectionnez maintenant les échelles de temps et de tension afin de faire apparaître cette onde la plus grande possible sur l'écran de l'oscilloscope.

'

Déterminez léchelle de temps (axe horizontal). L'écran possédant 10 divisions horizontales, il suffit de diviser la période de l'onde par 10, soit

16,!7,ms 10 div.

:

=1,67msldiv.

comme cette échelle n'existe pas sur le commutateur de l'oscilloscope, choisissez l'échelle au-dessus la plus proche, soit 2 ms.

Time/Div = 2 ms

. Déterminez le nombre de divisions horizontales pour afficher l'onde. Pour ce faire, appliquez une simple règle de trois 2 ms ou une réduction du courant dans le circuit. Cet effet dbpposition de la bobine au passage du courant alternatif se nomme réactance inductive; son symbole est X, et, tout comme la résistance, son unité de mesure est

lbhm

P5A

Ghapitre 7

(O).

Module

4

Électricité

Reproduction lnterdlte

-

@

CEüIFA

La réactance inductive d'une bobine peut être calculée par la formule

suivante:

xr=2xfi,xf xL oìr

{

est la réactance

inductive en ohms (Q);

èst le nombre pi, qui est égal à3,1416; /est la fréquence du courant en hertz (Hz); est la valeur de l'inductance de la bobine en henrys (H). æ

I

Notez que la réactance inductive peut être interprétée comme un type de résistance, et souvenez-vous que la loi d'Ohm reste applicable dans les circuits alternat¡fs. Par conséquent, on peut déterminer la tension ou le courant d'une bobine alimentée en c.a. en appliquant les formules de la loi d'ohm; on remplace simplement la résistance (R) par l'inductance réactive (XL).

V=Rx/devientY=

Exemple Calculez le courant circulant dans un circuit composé d'une source de tension c.a. de 35 V et 50 Hz reliée à une bobine de ó0 mH.

Solution

'

calculez d'abord la réactance inductive de la bobine

:

Xt=2xnxf xL=2x3,1416x 50 x0,0ó = 18,85 Q Dans un circuit c.a., cette bobine a donc le même effet qu'une résistance de 18,85

I

o.

Pour connaître le courant, appliquez la loid'Ohm.

t=#

,=#=å=d#,,

=1,857 A

Un courant de 1,857 A parcourt le circuit. ll s'agit d'une valeur efficace puisqu'elle a été calculée à partir de la

tension efficace.

RÉncrnrucE rNDucrME ÉoUUALENTE

Laréactance inductive équivalente ou totale (X, = X, ) d'un circuit peut être calculée à partir de la réactance inductive dð chacune des bobines. Pour ce faire, on procède comme s'il sägissait de résistances.

Ainsi, dans le cas des bobines en série, on additionne les réactances inductives individuelles :

Xr* = Xr,=

Xr,* Xr,* Xr,+ ... + Xr,(n = nombre

de bobines en série)

Dans le cas des bobines reliées en parallèle, on calcule la réactance inductive équivalente avec la formule des inverses :

XL

xt,=

XL ø

Cf//fa -

Reproduction interdite

*å*t. 1

1

.*

(r = nombre de bobines en parallèle)

I

Module

4

Électricité

Ghapitre

7

259

Enfin, s'il sägit d'un circuit mixte, on calcule la réactance inductive équivalente en utilisant les formules précédentes selon lägencement des inductances. Notez, par ailleurs, que la réactance inductive équivalente peut également être_calculée à^partir de l'inductance équivalente (I.o) du circuit en appliquant la formule suivante :

Xr* =

2xficxf xL"o

flÉpnnsneg Du couRANr Bien que la bobine ait un comportement semblable à la résistance dans les circuits c.a., son opposition aux variations du courant se traduit par un déphasage entre le courant et la tension. En effet, puisque la bobine sbppose à toute variation du courant qui la traverse, le courant ne peut parvenir à sa valeur maximale en même temps que la tension appliquée à ses bornes. Ainsi, on observe toujours un retard de phase de 90o du courant (/r) par rapport à la tension aux bornes de la bobine (yr). Relation de phase entre le counant et la tension

V'lo vn

Dans une résistance Va= Rx I

,_

vB

o

t

360

1

(degrésJ La résistance n'entraîne aucun déphasage entre le courant et la tension-

v,L

Dans une bobine

Vr=

)lx

I

vL

vL IL

t

-90

900

o

t fdegrés)

180

Le déphasage entre le courant eü la tension est tou¡ours de 90' dans une bobine. Une rés¡süance

n'entraîne aucun déphasag.e entre le courant et la tensron.

P6O

Ghapitre 7

Module

4

Électricité

Reproductlon interdlte

-

@

CEI/EA

Gineuits induetifs FIL FIL

L

Circuit éouivalent d'une bobine fLt

Les bobines sont surtout utilisées dans la fabrication des moteurs, des transformateurs, des ballasts (circuits d'éclairage) et des relais. Attention : bien que ces charges soient inductives, elles possèdent aussi une résistance propre, selon le diamètre et la longueur des fils conducteurs utilisés pour I'enroulement. Ainsi, une charge inductive n'est jamais . I-lorientation des triangles diffère selon le type et la configuration du circuit. Puisque les puissances sont le produit du courant et de la tension, lbrientation du triangle des puissances dépend de längle du déphasage entre la tension et le courant de source. P

P

s

q.

Glc

6

s

Ð

q.

ac

e

P

P

Gircuit RL sénie

Gircuit FG série

Gircuit RL parallèle

Circuit

RG

parallèle

La puissance réactive de la charge [6]) et la puissance réelle de la résistance (Pl forment un angle de 90'; la puiösance apparente f Sl est la sómme vectorielle de ces deux puissances. Notez que la puissance réelle est placée à l'horizontale, car la résistance ne crée aucun déphasage.

Comme vous pouvez le constater, ce triangle des puissances est un triangle rectangle. Ainsi,les formules usuelles du théorème de Pythagore

2AA

Ghapitne 7

Module

4

Électricité

Reproduct¡on ¡nterdite

-

@

CE/|EA

et de la trigonométrie sont applicables. La puissance apparente (S) peut

donc être exprimée par la formule suivante

S'=Pt+Qt Ð

:

S=,,[F¡Qt

Fncrsun DE purssnNcE Le facteur de puissance est la mesure du rendement de la puissance d'un circuit. Le facteur de puissance (FP) est le rapport entre la puissance réelle (P) consommée par le circuit et la puissance apparente (S) demandée à la source. Sans unité de mesure, le facteur de puissance peut également être exprimé en pourcentage (o/o).

tO = å

ou

l'équivalent

FP

o/o

={ t

f OO

Le facteur de puissance est donc compris entre 0 (circuit purement réactif sans résistance : P = 0) et I ou I00 o/o (circuit purement résistif sans charge réactive : P = S). Il traduit, en quelque sorte, la < performance énergétique > d'un circuit. En effet, plus il s'approche de 1 ou 100 %, plus le travail de la source est utile, car une plus grande part de l'énergie demandée à la source est transformée en travail. Dans la pratique, il est donc souhaitable que le facteur de puissance dïn circuit électrique soit le plus près possible de 1 ou de 100 %o.

Si vous observez de nouveau le triangle des puissances de la figure précédente, vous pouvez constater que l'angle formé par la puissance réelle p (côté adjacent) et la puissance apparente s (hypoténuse) correspond à l'angle de déphasage 0 du circuit. or, le rapport ã (côté adjacent/hypoténuse) correspondant à la fonction cosinus, on peut donc affirmer :

FP =

coSo ou l'équivalent

FP

o/o

= cose

x

100

Exemple Considérez le circuit RL donné et déterminez le courant fourni par la source et les puissances des éléments de charge (résistance, bobine, source). Tracez ensuite le triangle des puissances et déterminez le facteur de puissance du circuit.

347 V 60 Hz

'12 A

R

L

A

¿

Solution

r

Calcul du courant total fourni par la source (/) Tracez le diagramme vectoriel des courants. ln= 12

A'

0

l,= 7 l"=

a

Cf//fa -

A

lr=

,Q+(

(12 A) +(7 A) = 13,89

=

A

?

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitne

7

2Ag

r

calcul des puissances ¿

Qr et

s

Puissance réelle consommée par la résistance P = V*

R

x/* -Ex/R =347 V x12 A= 4,1ó kW

Puissance réactive de la bobine L Q. = 4 x!r=

f

xlr=347

Vx7

:

A= 2,43 kVAf

Puissance apparente fournie par la source E S=Ex 347 Vx 13,89 A = 4,82 kVA

:

lf

r

Vérification à l'aide du triangle des puissances

S=

4,82

:

kVA

Q

=

2'43 kVAr

52 = P2

s=

+Ql

{FTQ7

=

(4,1ó kW) +(2,43 kVACI = 4,82 kVA

P= 4,16 kW

I

Calculdu

FP

:

_ 4,1ókW 0,8ó3 - 86,30/o ,o_P tt = S= . Vérification à'ßiWñ= l'aide des formules trigonométriques Déterminez l'angle 0 du triangle ci-dessus. Notez que les triangles d'un même circuit (courants, puissances) présentent tous le même angle 0.

tano=+

+

g=tan-1(+)=tan-'(]ffi)=so,zo"

FP = COSO = COS 30,2ó" = Le

0,8ó3 + 86,3

o/o

facteur de puissance du circuit est de 83,6

o/o.

Dans le prochain chapitre, qui est consacré aux circuits RLC, vous apprendrez, entre autres, à améliorer la performance d'un circuit électrique RL en corrigeant son facteur de puissance.

Exercice 7.5 I

R

neportez-vous au circuit ci-contre et faites les activités suivantes.

15 ko 1

20 V

5O kHz

a) Calculez la capacité

2gO

Ghapitre 7

3ko

4,

du condensateur

Module

4

Électricité

Reproduction interdtte

-

@

CE|/EA

j

j 'ì ')

b) Calculez l'impédance du circuit et tracez le diagramme vectoriel (triangle) de l'impédance.

ì I 'l

)

ì )

c) Calculez le courant

)

fourni par la source.

)

')

)

d) calculez

)

les tensions du circuit et représentez-les sous la forme d'un diagramme vectoriel (tr¡angle).

)

) ) )

)

I

e) Calculez le déphasage entre la tension de source et le courant du circuit'

)

)

)

) ) )

f)

Calculez les puissances présentes dans ce circuit et représentez-les sous la forme d'un triangle.

gl

Calculez le facteur de puissance du circuit'

) ) )

)

./ l )

,,) )

)

)

.)

)

.) ...)

@

CEüEA

-

Reproductlon lnterdlte

Module

4

Électricité

Ghapitre

7

2.91

ì

I

neportez-vous au circuit ci-contre et faites les activités suivantes.

P= 4,5 W 150 V

a)

Calculez la valeur de la capacité du condensateur,

h)

Calculez la valeur de la résistance.

c) Calculez l'impédance

du circuit.

d) Calculez le courant total

Pgæ

du circuit, puis tracez le diagramme vectoriel (triangle) des courants

e)

Calculez le déphasage entre la tension du circuit et le courant du condensateur

fl

Calculez les puissances inconnues du circuit et tracez ensuite le triangle des puissances.

Ghapitre 7

lko

\,

1,5 kHz

Module

4

Électriciæ

Reproductlon ¡nrerdlto

-

@

CEü?A

g) calculez

hl

le facteur de puissance du circuit'

Calculez le déphasage entre la tension de source et le courant total du circuit.

$ neportez-vous au circuit ci-contre

et faites les activités suivantes.

50v

796 mH

1OO Hz

l= 24,253 mA

al

Calculez la réactance inductive du circuit.

b) Calculez la résistance du circuit.

cl

Calculez l'impédance du circuit et tracez le diagramme vectoriel (triangle) de l'impédance.

d) Calculez les tensions du circuit et représentez-les sous la forme d'un diagramme vectoriel (triangle).

@

CE/IEA

-

Reproduction lnterdite

Module

4

Électricité

Ghapime

7

293

e) calculez le déphasage présent entre la tension

{

de source et le courant du circuit.

fl

Calculez les puissances présentes dans ce circuit et représentez-les sous la forme d'un triangle.

t)

Calculez le facteur de puissance du circuit.

neportez-vous au circuit ci-contre et faites les activités suivantes.

P= 45O W 50

A

Hz

3,O4 A

PgA

a)

Calculez la tension de source

hl

Calculez I'impédance du circuit

cl

Calculez la valeur de la résistance

Ghapitre 7

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

-

@

CEüFA

d) Calculez la valeur de la réactance inductive.

e) Calculez la valeur de l'inductance de la bobine'

f)

oéterminez la valeur du courant manquant'

g)

(trian8le). Dessinez la représentation vectorielle des courants

triangle h) calculez les puissances présentes dans ce circuit et représentez-les sous la forme d'un

i)

Calculez le facteur de puissance du circuit

et calcul des valeurs et des puissances d'un circuit Rc parallèle présenté à la Faites l'exercice Mesure page 308.

ø

Cfffa - Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitne

7

P95

%

äxerciÊe pratique Mesure de circuits RL serie Durée: 90 minutes

I

Frécisions

Dans cet exercice, vous vous familiariserez avec la mesure des paramètres de circuits RL série alimentés en courant alternatif (c.a.). Pour ce faire, vous devrez utiliser le multimètre et l'oscilloscope, dont les procédures d'ajustement vous ont été présentées dans le chapitre o.

Pour réaliser cet exercice, vous devez avoir à votre disposition le matériel suivant . une résistance de 1 kt¿,2 W (R1); . une résistance de 10 ko, 2 w (Rr); . une bobine de mH (identifiée 2H) (11); 4 , une bobine de x, mH (identifiée 9H) (Lr); . une plaque d'essai;

:

. un cordon d'alimentation de 120 V (avec protection); r un variac 0-120 v Ac; r un oscilloscope; r un multimètre.

I Marche à suivre 1 a) Réalisez le montage du circuit ci-dessous en plaçant à tour de rôle les bobines tt et 12. Déterminez leur inductance respective.

AtÈentionlLl.

85

=-ó3,43'

< V.. par conséquent, l,angle de déphasage (0) est nógatif et se situe sous l,axe horizontal (axe des x). La tension de source (E) est donc en retard de phase par rapport au courant total du circuit (/). Ce circuit RLC se comporte comme un circuit capacitif Rc et on dira qu'il est < majoritairement

B. Calculez

la tension de la source d,alimentation (E).

Le diagramme vectoriel des courants et de la tension

de Rythagore. E-

(vL-vc)

L_

(8s v) +(85

V-255

V)

étant un triangle rectangle, on applique le théorème

=190V

ExePc¡ce 8.1 I

neportez-vous au circuit ci-dessous et faites les activités suivantes.

4, 223,75 0 600 v 60 Hz

4-,

e53,6

C¿

Rr

147 A

a)

Calculez l'impédance de ce circuit.

þ)

Quelle est l'intensité du courant de ce circuit?

c) calculez

les tensions aux bornes de chacune des charges qui composent ce circuit.

V^=

vr= V"=

d) Déterminez l'angle de déphasage

el

3'14

du circuit.

Quel est le déphasage entre la tension de source et le courant qui circule dans ce circuit?

Ghapitre 8

Module

4

Électricité

Reproduct¡on interdite

- a Cf/fA

f)

I

Tracez le diagramme vectoriel des tensions et du courant du circuit en prenant bien soin d'indiquer le nom et les valeurs de chacun des vecteurs.

neportez-vous au circuit ci-dessous et faites les activités suivantes. R

1ko x, 250

5,47 V 6O Hz

750

c)

c)

a) Calculez l'impédance du circuit.

b) Calculez le courant du circuit.

c)

Calculez les tensions aux bornes de chacune des charges qui composent ce circuit.

4= vr= Vc=

d)

Déterminez l'angle de déphasage du circuit.

e) euel est le déphasage entre la tension de source et le courant qui circule dans ce circuit?

@

CEilEA

-

ReproductioR lnterdite

Module

4

Élecüricité

Ghapitre

I

3'19

ll

Tracez le diagramme vector¡el des tensions et du courant du circuit en prenant bien soin d'indiquer le nom et les valeurs de chacun des vecteurs.

Faites lexercice Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RtC sér¡e présenté à la page S+t.

Eireuits FILG paFallèle Les circuits RLC en parallèle sont des circuits assez complexes. Cependant, ne vous inqaiétezpas, car avec les bases queïous avez acquises jusqu'à présent, vous êtes en mesure de comprendre assez facilement le fonctionnement de ce type de circuit.

Gounnrurs öu ctncutr RLC

pAHALLÈrE

!1figure ci-dessous présente un circuit RLC où les trois charges (résistance, bobine et condensateur) sont reliées en parallèle. ln

EvÈ

lc

IL

RVL

( 4,

vc

\

Dans ce type de circuit,la tension est la même aux bornes de chacune des charges et est égale à la tension de source (E = V, = V, = V.). par contre, le courant dans chacune des charges dépend respeìtiveñrentäe h résistance (R)' de la réactance inductive (4) .t de la réactance capacitive (x.). chaque ^ courant est donc different et peui être calculé à läide di la loi d;oïm

,

,E

'*=

\=+

R

Ic

E

xc

Rappelez-vous que: 'le courant de la résistance (1o) est en phase avec la tension de source (E); . le courant de la bobine (/r) éòt déphasé de -90" (retard de phase) par rapport à la tension de source (E); 'le courant du condensateur (1") est déphasé de +90o (avance de phase) par rapport à la tension de source (E).

3æO

Ghapitre

I

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdtte

-

@

CEüEA

Ces relations de phase entre les courants et la tension de source d,un circuit RLcen parallèle peuvent donc être repré_sentéespar un diagramme vectoriel-. Celui-clvarie selon la relation de grandeur entre les réactances

X,

et

X".

---+-I I

lc

lc

V

l"-

V

4-- Ir

L

l"

= Vn= Vr= Vt lL

IL

Lorsque xL > xc, et qu'aux bornes ily a la même tension (V, = V"), le courant de la bobine d olt être inférieur à celui dü conïensateur (/. . /").

me la

soit la entre

= Va= Vr= V.

Lorsque X, /c). I

En observant la figure ci-dessus, vous Pouvez constater que les courants I- ell^sont en opposition. Pour déterminer le courant réactif final, qui eit dJmandé à la source, vous devezdonc soustraire le plus petit de ces couiants du plus grand. comme le montre le diagram-9,^1. sens du iriangle qui ôn réõulte est déterminé par le courant réactif le plus élevé' pootä¿tä-iner la valeur du courant total /,, qui est fourni par la source' vous devez appliquer le théorème de Pythagore'

Ir'= Il+ (IL- Ià2

I

I

R

+ (/L-

,rc)

Notez que la soustraction des courants (I, - Ir)- se traduit par une diminution de la demande totale de courãnt ã la source. En effet, les deux éléments réactifs, la bobine et le condensateur, échangent la < alternativement > une partie de leur courant, diminuant ainsi demande à la source.

lr*pånnrucr nu clnculr RLC

pARALLÈIE

Connaissant le courant total fourni au circuit (/,) et la tension de source (Ej, pouvez calculer l'impédanc e (Z) d'unèircuit RLC en parallèle en appliquant simplement la loi d'Ohm.

;;;r

Z _IE

@

CEüEA

-

Reproduction interdite

Module

4

Électricite

Ghapitre

8

321

DÉpnnsn.eg Ën¡TRË

t^E

counnnff ET r.A TENsroN BE souncË

En présence d'éléments réactifs (bobines et condensateurs), il y a un déphasage (0) entre le courant ({) et la tension de source t¿1. si le courant de la bobine est plus. glu"q que ld courant du condensateir ir,, > /.), le déphasage est négatif (angle sous läxe des x). on parle alors de èircuit Q

majoritairement inductif>. À l'inverse, si le courant du condensateur est plus grald¡ue le courant de la bobine (I,. < 1"), le déphasage est positif (angle 0 au-dessus de läxe des x) et le cirãuit est älors un circuit < majoritairement capacitif >.
, car il se comporte presque comme un c¡rcuit

inductif.

Exencice 8.2 I

@

Un circuit RLC en parallèle est al¡menté par une tension alternative de 15 V et présente les données suivantes : R = 5 Ç), Xr = 10 Q, Xc =20 C2.

al

calculez le courant total du circuit.

b)

TTacez le diagramme vectoriel de la tension et des courants du circuit.

CE//EA

-

Reproductlon interdlte

Module

4

Électricité

Ghapitre

I

323

c) Quel est le déphasage

d) Calculez l'angle

entre le courant total et la tension de source?

de déphasage

e) Calculez l'impédance

de ce circuit.

p un circuit RLc en parallèle est alimenté suivantes : R=

par une tension alternative de 9 v et présente les données

e, XL= 40 çt, xc= g e.

al

Calculez le courant total du circuit.

b)

Tracez le diagramme vectoriel de la tension et des courants du circuit.

c) Calculez

d)

424

S

l'angle de déphasage du circuit.

Pourquoi ce circuit peut-il être considéré comme un circuit partiellement capacit¡f

Ghapitre

I

Module

4

Électricité

?

Reproduction lnterdite

-

@

CEüEA

t

neportez-vous au circuit ci-dessous et faites les activités suivantes. V"" = 12 V

/

(variable)

2c)

L

4mH

C

68o pF

a)

Calculez le courant total du circuit en considérant que la fréquence est égale à ó0 Hz

b)

Tracez le diagramme vectoriel de la tens¡on et des courants du circuit'

c) euelle est la relation

d) Calculez I'angle

el

@

B

de phase entre le courant totalet la tension de source?

de déphasage du circuit.

euel est le comportement du circuit (inductif ou capacitif)? Justifiez votre réponse.

CFflEA

-

Reproductlon lnterdite

Module

4

Électricite

Ghapitre

I

3P5

ge6

f)

Calculez le courant du circuit en considérant que la fréquence est égale à 1ss Hz.

g)

Tracez le diagramme vectoriel des courants et de la tension du circuit.

h)

Quelle est la relation de phase entre le courant et la tension de source?

l!

Calculez l'angle de déphasage du circuit.

ll

Quel est le comportement du circuit? Justifiez votre réponse

Ghapitne

I

Module

4

Électric¡té

Reproducüon ¡nterdlto

-

@

CFIEA

et calcul des valeurs présenté à la page 344' parallèle RtC d'un c¡rcu¡t Faites l'exercice Mesure

et faeüeuF

PuissiarrcGls¡

de puissance

Dans un circuit réactif alimenté en c.a., les puissances sont indépendantes du type de configuration. Un circuit RLC- possèdg dgn_c les trois mêmes typeide puissanies que lbn trouve dans les circuits RL et RC'

Pulssnruc:s FÊAcrlvrs contrairement aux circuits RL ou RC, qui ne présentent qu'une seule puissance réactive, les circuits RLC contiennent l9s deux types, soit la (Qr), associée à la bobine, et la puissance réactive þuissance réactive inductive äapacitive (Q.), associée au conäensateur. Leur valeur représente_toujours h þroduit deÏa tension présente auxbornes de l'élément réactif (bobine ou coïdensateur) muttipliéì par le courant circulant dans l'élément :

= VLx IL réactive d'un condensateur en vars (VAr) : Qc = Vcx Ic

Puissance réactive d'une bobine en vars (VAr) : Q, Puissance

comme dans un circuit RLC en parallèle, la tension ez-vous ¡ssances avec la et ne sont

conso

bornes de chaque élément téactif (E

est la même aux

- vr= v")' on peut donc écrire les

formules suivantes:

Qr=Ex/, Qc=EXIc Étant donné qu'il existe simultanément deux charges réactives dans un circuit RLC, Ë bobine et le condensateur, la puissance réactive totale du circuit (Q.) correspond à |a totalité des puissances réactives associées au conderìsateur et à la bobine. Toutefois, à cause du déphasage entre la tension et le courant dans chacun de ces composants, les puissances réactives de la bobine (Qr) et du condensateur (Qj sont directement opposées. Ainsi, en sérieile vecteur représ.entant Qpgintg vers le haut et åelui de Qc pointe vers le bas, tandis^qo?l parallèle la sttuation est inversée. taþuissance réactive totale (finale) correspond donc à la diftrence entre les puissances réactives inductive et capacitive : Q, = Q,

- Q" ou

Q, = Q"

-

Q, (selon la loi du plus fort)

Observez à la page suivante la représentation vectorielle des relations de phase entre hþuissance réactive du condensateur (Q") et la puissance réactive de h bïbine (Qr) selon la relation de grandeur entre ces deux valeurs et la configuratiön du circuit. Comme dans le cas du courant total, le sens du vecteuireprésentant Q. est déterminé par la puissance réactive la plus élevée, soit Q, ou Q".

@

CEüEA

-

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Chapitre

I

327

sene

9l-

4.'4

_9_._ 9_)_ _ _ - _ _ _ _ _ _

4.4

Q'4

-eg_Tl|_"_r-e-__I_g

-1-::-s-

Q.4

q_

o"

q

4=Q-4

@"

4=4-4 4=4-4

4=4--@.

q

q.

q

oc

PulssnrucË

RÉELLH

La puissance consommée par les résistances d un circuit RLC est réellement absorbée et est convertie en chaleur. Cette puissance peut être calculée à läide de la formule suivante : Puissance réelle consommée par une résistance en watts

(w) : p = v* x,[*

Notez.qu-e, dans le cas d'un

circuit RLC en parallèle, on peut également écrire la formule comme suit : p = E x.[*.

PulssnucË AppAHËilTE

types de

La puissance apparente correspond à la puissance totale fournie par la source pour satisfaire I'ensemble des éléments de charge du circuìt. Dans un circuit RLC parallèle,la demande de puissance apparente (s) est moins gran{e que dans les circuits RL et RC, en raison de féchange de puissance qui a lieu directement entre la bobine et le condensateur. L ãquation de la puissance apparente (totale) fournie par la source en voltarirpères (vA) conserve la même forme, soit :

S=ExI, parallèle

4'4

4.. 4

q"

s

q_

P

s

Ghapitre 8

a"

P

q

q.

@.

s

4=4-4

@'=q--@" P

q

o"

6lc

3PB

a"

P

4=Q-4

4.%

4.to"

Module

4

Électricité

q_

Reproduction interdite

-

ø

CAIFA

La puissance apparente (totale) peut aussi être déterminée à I'aide duiriangle des puissances, tel qu'il est illustré q tu-pqgg précédente.

Lorientaiion du triangle des pulssances dépend à la fois de la.configuration du circuit et de la relaiion de grandeur entre les puissances réactives' Une fois de plus, vous pouvez constater que le triangledes puissances est un triangle iectangle. Àinsi,la formule de Pythagore säpplique encore une fois Ët la puissãnce apparente (S) peut donc être calculée avec la formule suivante : Sz

=P2

$=

+(QL-Q")'

+

(Qr- Q")

En observant la figure ci-dessus, vous pouvez également constater que plus la puissance iéactive totale (Q,) est petite (plus gr gtt près de Q.),. plus la þuissance apparente (S) serà petite, donc moins la source aura à iourniide puissanlô. À la limite,lorique Q, est égale à 9t (9r = 9"),lu source ne fãurnit que la puissance nécessaiie pour satisfaire-la puissance tãeli. (S = P). C'est lu -.^ill.,tr. des situations, car l'én91g1e demandée à la ,our.. est totalement utilisée pour effectuer un travail (FP = 100 7o).

Fncrrun

DE Pu¡ssANcE

Le circuit RLC offre I'avantage d'être plus performant sur le plan énergétique que le circuit RL. Ainsi, ce type de circuit présente généialemeni un meilleur facteur de puisãance qu'un circuit RL simple.

Comme vous l'avez vu dans le chapitre précédent, on détermine le facteur de puissance (FP) à I'aide de I'une des deux formules suivantes : DÞ

FP=t+FP%=Tx100 FP = cos0

+

0 étantl'angle

FP

o/o

= cos9 x

100

de déphasage du circuit RLC.

Dans tous les cas, il est indispensable de bien spécifier le type du facteur de puissance, inductif ou capacitifi selon la relation de grandeur enlre Q, .t Ö". Dans un circuit RtC iérie o¡r QL t Q., ll puissance apparente (S)^est repìEsentée par un vecteur situé au-deisus ðe I'axe des x (angle 0 positif)' Le facteur dã puissance dans un tel circuit est un facteur de puissance inductif. Par ðontre, dans un circuit RLC série 6¡r Qr ( Q.,la puissance upput.ttt. (S) se retrouve sous l'axe des x (angle 0 né1g1tif);le facteur de pättutt.. esi alors un facteur de puissance capacitif. Dans les circuits RLC paraltèle,la situation est inversée.

1=60

Exemple Considérez le circuit RLC en parallèle de l'exemple précédent. Déterminez toutes les puissances et le facteur de puissance du circuit. Notez que l'angle du déphasage entre le courant et la tension est de 37,510'

@

CEüEA

-

Reoroduct¡on interdite

mA

tn=50mA 25V

6O Hz

500c)

R

Module

4

= 132,63 mA

L 50O mH

Électricité

$rc

c

10

= s4,25 mA ¡-tF

Ghapitre

8

329

Solution

r

Q, = Q

r

(e' eJ.

Calculez les puissances réactives du circuit

4 x/. = f

¡¡,- = 25 V x 132,63 ffiA = 3,32 VAf V"X /. = f x I c = 25 V x94,25 fllA = 2, 3ó VAÍ

"=

Calculez la puissance réelle du circuit (p).

P=Vaxla-Ex/R =25V x50 mA =1,25W

r

Calculez la puissance apparente du circuit (S) en traçant le triangle des puissances. = 2,36 VAr

6lc

s=fr(s,- ej=

P= 1,25 W

\ls\Ù

-

q"

A" = 96o mVAr

Vérifiez ce résultat en utilisant la formule de la puissance S

4

r

1,25W +(9ó0 mVAr =1,576VA

=Exlt

= 25 V x ó3,03

fiA = 1,57ó VA

= 3,32 VAr

Enfin, calculez le facteur de puissance du circuit (Fp). FP

o/o

=$

x roo =

;##

x 100 = 79,t1

o/o

vérifiez ce résultat avec la formule du cosinus. souvenez-vous que l'on retrouve I'angle du déphasage entre le courant et la tension dans le triangle des puissances. FP

o/o

= cos0 x 100 = CoS(37,51')

x i00 =19,32

o/o

Gonngcrton¡ [¡u FAcTEUR DË putsËArutn Il

mentionné précédemment qu'un facteur de puissance trop faible circuit électrique. En effet, du.r, ur tel cas, la source doit fournir beaucoup d'énergie, en ce qui a trait au courant et à la tension, pour fournir au circuit une puissanä upput.nte dont seule partie est consommée par le circuit (puissance r¿elte). En raison de ln_e l'etret inductif des bobines ães moteurs, ú pþart des ciicuits électriques industriels sont, dans la pratique, principaliemint inductifs, et la valeui de leur facteur de puissance eðt plùs petite que I unité (Fp < Ð. oe là vient la notion de correction du facteur de puissaice, qui consiste à modifier le circuit pour ramener son facteur dê puissance Îe plus près possible de I'unité, soit FP = 1 (ou 100 Zo). a été

est indésirable dans un

Aussi, si lbn veut que le facteur de puissance soit égal à I unité (FP = = r ), il faut que la puissance apparente soit égale à la puissance

$

réelle (S = P). Autrement dit,

il faut amener la puissance réactive totale du circuit àz{o (Q, = 6¡. ouns cette situation,ìeules les charges résisiives consomment le courant de la source, et les charges réactives sont autosuffisantes. Etant donné que la puissance réäctive totale d'un circuit correspond à la diftrence entre la puissance réactive de la bobine et la puissance réactive du condensateur (e = e, e"), et comme la plupart des circuits industriels sont de nature ih¿uciive, ü est nécessaire däjouter

330

Ghapitre

8

Module

4 Électricité

¡eproduction tnterdtte _

@

CEüEA

circuit un condensateur afin de pouvoir diminuer la puissance réactive totale du circuit. Cet ajout permettia d'augme_nt9¡ le facteur de puissance du circuit et de l'amener le plus près possible de l'unité' Notez que, dans Ia pratique,la correction du FP par l'ajout d'un condeniateur en sé?ie esi rarement utilisée, car celui-ci a le désavantage de orovoquer l'augmentation du courant. La façon la plus courante de iorrig.t lô facteuide puissance est donc d'ajouter un condensateur en purulièI.. Llexemple suivant montre une méthode decalcul pour corriger un y ïe facteur de puissance d'un circuit partiellement inductif en ajoutant au

condensateui raccordé en parallèle.

ExemPle Vous devez corriger le facteur du circuit inductif en parallèle illustré ci-contre en y ajoutant un

600

v

P

6O Hz

9

kw

6lr-

7,9

kWAr

C

?

condensateur en Parallèle.

Solution

.

(FP)' Calculez le facteur de puissance du circu¡t de départ

Calculde la puissance apparente (s):

s=1[FlQ

(e000

w

+ (7900 VAr) =

11975,4V4

Calcul du facteur de puissance (FP)

:

FP=Ë=#ffi- =O,75

FPo/o=75o/o

Le

.

=

facteur de puissance du clrcuit de départ est de o,75 (75

yo).

Calculez le courant total du circuit de départ (/)'

s=Exrt [=å=llffi+YA =1e,e6 A 19,9ó A. Le courant du circuit avant l'aiout du condensateur est égal à

r

pour obtenir un facteur de puissance proche calculez la capacité du condensateur CI à installer dans le circuit (plus grand ou égal) de 0,9 QAVù.

calcul de la puissance apparente après l'ajout du condensateur : puissance apparente tout en satisfaisant la demande La correction du facteur de puissance v¡se e réduire la puissance réelle du circuit est toujoufs la même et, par de consommation du circuit. on peut supposer que la conséquent, établir la relation suivante :

=Ë=o,9 c_ P _9000w=10000vA

FP

calcul de la nouvelle puissance réactive totale du circuit

s'=P'+Ql

Q,={9-F -

(Q,)

:

Ql=S'-P' (10000

v

- (9000

= 4358,9 VAr

calcul de la puissance réactive du condensateur (Qc) : (inductive). Pour ramener la puissance réactive à La puissance réactive du circuit de départ est de zõoo vnr puissance réactive comme suit : 4358,9 VAr, le condensateur ajouté devra contribuer à la

Q,=Q|._Qq @

CEüEA-

Reproduction

Qc=Qr-Qt=7900VAr-4358,9VAr=3541,1 VAr

interdite

Module

4 Électricit6

Ghapitre

I

331

r

Calcul de la réactance capacitive du condensateur (X.)

Qc=Exlc

:

avec,"=+-e"=l

E2 (ó00 u'z =101,66Q =õ=ffi ^. r

Calcul de la capacité du condensateur (C)

1 vnc=2xn>fxc

:

1 r_ 1 Ç=zxrc;fxx.=ffi=26,0gþF

fajout d'un condensateur de 26,09 pF auSmentera le facteur de puissance à 0,9 (90 %) tel qu,il est souhaité

I

Calculez le courant total du circuit (/,) après la correction du facteur de puissance.

S=Exl,

t,=#=

WF

=16,67 A

Après correction du Fp, le courant est passé de

19,96

Aà

16,67 A. L'ajout d'un condensateur en parallèle permet à la fois de corriger le facteur de puissance et de diminuer le courant. En effet, pour une puissance réelle de 9000 w consommée, la source doit fournit avant correction, ó00 v et 19,96 A, alors qu'après la correction elle fournit toujours ó00 v, mais seulem ent 16,67 A.

Règles de l'art Corriger le facteur de puissance Un condensateur ou un banc de condensateurs en parallèle sont souvent ajoutés pour corriger le Fp des installat¡ons industrielles contenant de nombreuses charges inductives (moteurs, fours à induction, ballast déclairage, etc.). De surcroît, l'intensité du courant à transporter s,en trouve réduite. Ainsi, les lignes électriques aériennes d'HydroQuébec étant inductives, leur facteur de puissance est corrigé en installant des bancs de condensateurs dans les postes d'interconnex¡on. par a¡lleurs, Hydro-Québec exige que le Fp des installations ¡ndustrieiles soit au moins égal à90 Vo, sinon des pénal¡tés tarifaires sont imposées.

Ces calculs sont laborieux, n'est-ce pas

?

Heureusement,

il existe une méthode rapide pour tiouver la puissance réactive

des

condensateurs à installer. Si vbus connaissezla valeur de la puissance réelle du circuit et son facteur de-puissance initial (avant läjout du condensateur), le tableau qui suit permet de déterminer la puissance réactive capacitive à ajouter pour corriger le circuit. Il suffit alori de multiplier la puissance réelle du circuit par la valeur donnée dans le tableau. Dansi'exemp'le précédent, les facteursde puissance initial et désiré du circuit RLC soni respectivement de 75 o/o et de 90 o/o. Le tableau donne la valeur de 0,39g. La puissance réelle du circuit étant de 9 kw, la puissance réactive du condensateur ¿ installer est donc de : Q, = P X 0,398 = 9000 X 0,398 = 3582

VAr

la pratique, des bancs de condensateurs sont placés près de l'entrée électrique des usines. ceux-ci sont commutér 1..r.ircuit/hors circuit) par un dispositif électronique qui < lit o en temps réel le facteur de puissance de l'usine qt quidéterminè re meilleur ageïcement de condensateurs à placer dans le circuit d'alimentationþour augmenter le facteur de puissance au plus près de 1 (100 %"). Dans certains cas, un mote-u¡ asynchrone est ajouté en plus pour tenir le rôle d'un condensateur variable. Il faut alors intégrer ausõi unõ carte électronique et la relier directement à l'entrée de l'usine pour contrôler le motzur selon les besoins de lälimentation principale. .Dans

33P

Chapitre 8

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterd¡te

-

ø

CeffA

o

o

Facteur actuel [7oJ i

S

ti

I

56%

84% a5% BO%i81 "/"iezv"i83o/o t-- -------ì------ ---+-0,7295 0,ó915

0,7555 0,7175

0,ó54s

0,ó805

0,ó185

0,6445

â o

5Ay" 59% 60Y"

0.s833

0,ó093

=' o

61

0,5490

0,s7s0

0,5155

0.5415

I

57

õo o

o g

o/"

¡ ¡

0,7814 0,7435 0,7065 0,6705 0,ó353

I I t ¡

I I I I I

86% 87% BB% i esø 9A%

e o

Ê2 "/' 63Vo

64 "/"

0,4827 0,450ó

65'/"

0,4191

66%

0,3883 0,3s80 0,3283 0,2990 0,2702

I 0,ó010 i 0,só75 o.soez i 0,5347 0,4766 i. 0,5026 0.4451 i 0.4711

o,6793 0,6457

0,7057 0,6721

0,6129

0,6393 0,6072 0,5758

0,7323 0,ó988 0,óóó0 0,ó339 0,6024

0,4923

0,5185

0,3802 0,3s10

0,43ó0 0,4062 0,3770

0,4621

0,4323

03222

0,3482

0,3743

0,4883 0,4585 0,4293 0,4005

0,5449 0,5146 0,4849 0,455ó 0,4268

0,2938 0,2658 0,2382

0,3198

0,3459 0,3179

0,3721

0,3441

0,7257

0,6929 0,óó08 0,6294

I

Ê7

o/"

6AVo

69% 70V"

0,4143

i.

; i I 0.2962 i

0,3840 0,3s43 0,32s0

0,4403 0,4100

0,4031

0,7204 0, ó883

0,ó5ó8

72Ya

73 o

o-

c

o

À m'

o

o cl o =.

yo

74 Y" 75Yo

76

V"

0,1052

77 "/' TAYo

0,0786 0,0523

79

0,0261

Y"

AOY"

0,4823 0.4535

0, 3985

0,4251

0,4521

0,4795

0,3971

0,4241

0,4515

0,5075 0,4795

0,3ó95

0,39ó5

0,3422 0,3152

0,3692

0,4239 0,3966 0,3696

0,4246 0,3976

0,5082 0,480ó 0,4533 0,4263

0,3708 0,3443 0,3180 0,2918 0,2657

0,3995 0,3730 0,3467 0,3205 0,2944

0,4292 0,4026 0,3763

0,2397

0,2684

0,2980

0,2137 0,1877 0,1616 0,1354

0,2424 0,2164

0,2720

0,0811

0,1090

0.0544

0,0824 0,0554 0,0280 0,0000

0,5957

0,5ó59 0,5367 0,5079

84 A5V" o/o

e6% A7 Y"

88

o/"

AgV" 9O "/"

q¡

? rl o

-

o

ûl ûl

ül

0,2109 0,1839

0,2918 0,2642 0,2369 0,2099

0,2903

0,31ó5

0,3705 0,3429

0,2630 0,2360

0,2892

0,315ó

0,2622

0,2886 0,2618 0,2353 0,2089

0,3422

0, 0000

i i 0,0783 i 0,0s21 i 0.02ó0 i 0,0000 I i 0,1312 0,104ó

't

0,1572 0,130ó 0,1043 0,0781

0,1832

0,2092

0,2354

0.15óó 0,1303

0,1827 0,15ó3

0,2089

0,1041

0,'1301

0.0520

0,0780

0,1041

0,02ó0 0,0000

0,0520 0,0260 0,0000

0,0781 0,0521

0,1825 0,15ó3 0,1303

0,3428 0,31ó3

0,2884

0,3154

0,2619

0,2889 0,2625

0,29Q0

0,2363

0,2638

0,1833

0,2103

0,2377

0,130ó

0,1573

0,1046 0,0786 0,0526 0,0264

0,1313

Q,1842 0,1583

0,2117 0,1857 0,1597 0,133ó 0,1074

0,1827 0,15óó

0,2356 0,2094

I

A1 V" AAV"

a3%

o

0,1589 0,1319

i 0,2399 i 0,2122 i 0.1849 I 0,1579 i 0,2678

91 "/"

92Y"

93 V"

94 95

o/o o/o

I

I I

0,0261

0,0000

¡ I

¡

I I I

0,1042 0,0783 0,0523 0,0262 0,0000

0,0000

I

I I , I

¡

I I I I I I I I ¡

I I I I

0,5362

0,6260

0,5413 0,5115

I

el

(Dr

0,2418 0,2139 0,1862

0,7451 0,7153

o,7812 0,7484 0,7163 0,ó848

0,9129

0,598s 0,5ó83 0,5385 0,5093 0,4805

0,5716

I

71%

0,7753

0,8434 0,8099

0,ó531

0,4663

'l

0,7128 0,ó830 0,ó538 0,6250

0,8147

0,6270 0,s935 0,5ó07 o,5286 Q,4971

0,7431

0,7867 0,7 532

0,7666

0,5808 0,5494

0,7123

0,7s93

0,7400

0,1053

0,0792 0,0s30 0,0266 0,0000

0,1323 0,1062 0,0800 0,053ó 0,0270 0,0000

0,0274

0,0000

0,9703 0,93ó8 0,9040 0,8719 0,8404

0,ó820 0,6523 0,6230 0,5942

0,8777

0,7751

0,7136

0,9361

0,6827 0,6524 0,6226 0.5934 0,5646

0,8490

0,7487

0,6874

0,6196 0,58ó8 0,5547 0,5232

0,ó540 0,6237 0,5939 0,5647 0,5359

0,8210

0,7225

1,0046

0,8062

0,9489

0,óó'13

0,9704

o,7746 0,7431

0,9202 0,8842

0,8378 0,8018

09733

0,7450 0,7135

0,8922 0,8562

0,81'11

0,9381

0,7771

0,8ó48 0,8287 0,7936

0,7848

1,1128 1,0758 1,0398

0,9038 0,8703 0,8375 0,8054 0,7739

0,9859

0,4519

0,5ó58 0,5379 0,5102 0,4829 0,4559

0,3501

0,3240

1,1508

1,1165 1,0785 1,0416 1,0055

0,8730 0,8395 0,80ó7

0,9s72

0,9397 0,9017

?!Y:i??7:

1,0093

0,9292

0,8074 0,7695 0,7325 0,6965

0,9127 0,8748

o/a

0,9785 0,9425 0,9073

1,0238

0,88ó1 0,8481

93

-+---------+1,0842 1,0463

0,9951

0,8597 0,8217

o/o

1,0535 1,0155

0,9671

0,8335 0,7955 0,758ó

I

V"

91 Ya i g2

0,9025 0,8697 0,837ó

0,809ó 0,7793 0,7496

0,ó8ó0 0,6573

0,7203 0,6915

0,5410 0,5137

0,6289 0,ó009 0,5733 0,54ó0

0,4867

0,5190

0,6631 0,6352 0,ó075 0,5802 0,5532

0,s966 0,5ó8ó

0,4599

î

0,4334

0,4657

0,4071 0,3809 0.3548

0,4393

0,3288 0,3028

LAz)

0,413

0,3870

0,5265 0,4999 0,4736 0,4474 0,4213

0,2460

0,2768

0,3ó10 0,3351 0,3091

0,2199 0,1937

0,2507 0,2245

0,2830 0,2568

0,3953 0,3ó93 0,3433 0,3173 0,2911

0,1378

0]674

0,1981

0,1111

o,1407

0,1715

0,2304 0,2038

0,2380

0,0841

0,1137

0,1445

0,0567 0,0287

0,08ó3 0,0583

0,1171 0,0891

0,1768 0,1494 0,1214

0,2111 0,183ó 0,155ó

0,0000

0,0296 0,0000

0,0ó04 0,0308 0.0000

0,1903 0,1641

0,0927 0,0ó30 0,0323 0,0000

0,2647

0,1269

0,0973 0,0óó5 0,0343 0,0000

La

électriciens du Québec (CMEe)

tion un

qut

et la

un

vos données et, en un seul clic consultez le site suivant Vous pourrez ainsi utiliser ce ca validité de vos vous

nezla ou le tabl que, dans calculs par

Exercice 8.3 {

neportez-vous au circuit ci-dessous et faites les activités suivantes 600

334

v

R

100cl \

72a

x"

a)

Calculez la puissance apparente du circuit.

b)

TTacez le triangle des puissances de ce circuit.

cl

calculez le facteur de puissance en précisant s'¡l est inductif ou capacitif

d)

Calculez le courant total du circuit

Ghapitne

I

Module

4

Électricité

90

c)

Reproduct¡on interdite

-

ø

CflfA

e) calculez l'impédance du circuit.

!

dans le schéma ci-dessous' Une installation électrique présente les puissances ¡nscr¡tes

&

Q = 6OO VAr

= 4OO VAr

P=1kW

calculez la puissance réelle totale du circuit'

al

Calculez la puissance réactive totale du circuit'

b) Calculez la puissance apparente du circuit'

c)

Déterminez le facteur de puissance du circuit'

d)

Le

el

condensateur à ajouter dans le circuit afin que le facteur de euelle doit être la puissance réactive du

votre réponse' facteur de puissance du circuit est-il inductif ou capacitif ? Justifiez

pu¡ssance soit égal à 100 7o?

3 @

suivantes' neportez-vous au circuit ci-dessous et faites les activités

CE/IEA

-

Reoroduction interdlte

Module

4

Électricité

Ghapitre

I

335

600 v 60 Hz

a)

15c)

\.

20ç)

Calculez le courant total du circu¡t

b) Déterminez

c)

R

le facteur de puissance du circuit.

Quelle doit être la capacité du condensateur à ajouter dans le circuit par un raccordement en parallèle pour que le facteur de puissance so¡t égal à 95 o/o? Pour répondre, effectuez tous les calculs nbcessaiies, puis vérifiez vos résultats à l'aide du tableau de correction du facteur de puissance.

d) calculez le courant total du circuit après la correction du facteur de puissance.

936

Ghapirne 8

Module

4

Électricité

Reproducrton tnrerdtts

-

@

CEüEA

fl

te moteur d'un convoyeur consomme une puissance de 9 kW en vertu d'un facteur de puissance de 75 % (inductif). si l,alimentat¡on est de 24ov et ó0 Hz, quelle doit être la réactance capacitive du condensateur à raccorder en parallèle à ce moteur pour amener le facteur de puissance à 90 7o? Effectuez tous les calculs nécessaires, puis vérifiez vos résultats à l'aide du tableau de correction du facteur de puissance.

5

so¡t un circuit branché à une alimentation de 208 Vca et dont les courants sont représentés dans le diaSramme vectoriel (triangle) ci-dessous. Faites les activités suivantes'

544

434 694

a)

qu'elles sont De quel type de circuit s'agit-il, sachant que le circuit contient trois types de charges et reliées en parallèle?

b) tdentifiez chacun des courants sur le triangle. lnscrivez-les directement sur la figure

c)

@

Si le courant de la bobine est de 55 A, quel est le courant qui circule dans le condensateur?

CE/|FA -

Reproduction interdlte

Module

4

Électricité

Ghapitne

8

337

d)

Calculez le facteur de puissance du circuit.

e)

Un moteur qui consomme 2 A (inductif) est retiré de ce circuit; calculez le nouveau facteur de puissance

fl Quel est le courant consommé par ce circuit si son facteur de puissance est à 100 %?

$

soit un circuit parallèle composé d'une bobine de 1,2H,d'un condensateur de 4,32UF et d'une résistance de 12 kO' Sachant qu'un courant de 537 mA et óO Hz circule dans le condensateuç faites les activités suivantes.

334

a)

Tracez le schéma représentant cette situation.

hl

calculez le courant circulant dans les trois composants du circuit.

cl

Calculez l'impédance du circuit.

Ghapitre

I

Module

4

Électricité

Reproduction lnterdite

-

@

CEüEA

d)

Tracez le diagramme vectoriel des courants.

e) Calculez les trois puissances du circuit.

fl Quel est le déphasage entre la tension et le courant de source?

g) euel serait le courant mesuré

par un ampèremètre branché en série avec la source d'alimentation?

h) Calculez le facteur de puissance du circuit'

i)

ø

dans le circuit pour euelles doivent être la puissance réactive et la capacité du condensateur à ajouter o/o? Effectuez d'abord tous les calculs nécessaires, puis vérifiez que le facteur de puissance soit égal à 95 vos résultats en utilisant le tableau de correction du facteur de puissance.

CfflfA - Reproduction lnterdite

Module

4

Électricité

Ghapitre

8

339

Pour faire les deux activités suivantes, vous devez d'abord avoir terminé les exercices pratiques Mesure et calcul des valeurs d'un circuit KLC série et Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC paraltèle.

I

$

Reportez-vous aux deux circuits RLC que vous avez réalisés et mesurés dans le premier exercice pratique Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC sér¡e. Calculez le facteur de puissance de chacun des circuits.

neportez-vous maintenant aux deux circuits RLC que vous avez réalisés et mesurés dans l'exercice pratique Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC parallète. Calculez le facteur de puissance de chacun des circuits.

Fa¡tes l'exercice

Correct¡on du facteur de puissance

d'un moteur présenié

34A

Ghapitre 8

Module

4

Électricité

à la page 348.

Reproduct¡on interdite

-

@

CEilFA

æ

Ëxercice pratique Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC série Durée:

I

ó0 n'ìinutes

Précisions

[objectif de cet exercice est de vous familiariser avec les calculs et les mesures relatifs pour aux circuits RLc séfie alimentés en c.a. vous utiliserez, entre autres, l'oscilloscope pour réaliser cet exercice, vous devez avoir mesurer le déphasage de ce type de circuit. en votre possession le matérielsuivant: . une résistance de 2,2 kç1,200 O et 0,5 W (R,) I condensateur de 0,5 UF, 35 V (C1); un condensateur de 1 pF, 35 v (cr); une bobine de 2,7 H (1,); une plaque d'essai; un générateur de fonction; un oscilloscope; deux multimètres numériques.

'un . . . .

' '

I

Marche à suivre

{

vtesurez la valeur réelle de votre résistance R1

Q elacezla fréquence

du générateur à ZOO Hz et (mesurez> l'impédance des trois

éléments réactifs

x

L 1

X",= Xc

2

Expliquez brièvement votre démarche ci-dessous.

ø

Cf//fa -

Reproduction interdite

Module

4

Électricité

Ghapitne

I

341

b $ rn vous reportant au circuit apparaissant

ci-dessous et aux valeurs mesurées aux étapes précédentes, remplissez la partie des valeurs théoriques du tableau pour chacun des deux condensateurs. tnscrivez un exemple de calcul pour chaque phénomène.

Lr

cx

'lo v

CHl CHz

2OO Hz

GND

R1

10v

10v

¿l

En fonction de chacun des condensateurs c1 et c2, réalisez le montage du circuit apparaissant à l'étape 3. Puis, prenez les différentes mesures afin de compléter le tableau (Valeurs mesurées).

I

comparez les valeurs pratiques aux valeurs théoriques du tableau que vous venez tout juste de compléter. Expliquez toute différence marquante.

$

calculez l'angle de déphasage selon les formules indiquées dans le tableau ci-dessous.

-+--I

342

Ghapitre

I

Module

4

Électricité

Reproducflon ¡nterdite

-

@

CEüEA

æ

f

eranchez l'oscilloscope de la façon illustrée à l'étape 3 et mesurez le déphasage entre la tension et le courant de source. Reportez vos mesures dans le tableau de l'étape ó. aux valeurs théoriques du tableau de l'étape 0. marquante. rxpliquez toute différence

$ Comparez les valeurs pratiques

@ G¡FIILLE tr¡E CCINTNÔLE r Montage correct du circuit

I

Éverunnoru suPERvtsÉE

AUTOÉVALUATION

r Calcul correct : des tensions d'un circuit RLc série du courant d'un circuit RLC série de l'impédance d'un circuit RLC série du déphasage d'un circuit RLc série r Utilisation adéquate du multimètre r Mesures précises : des tensions d'un c¡rcu¡t RLC série du courant d'un circuit RLC série r Branchement de l'oscilloscope au transformateur d'isolation r ut¡lisation et branchement adéquat de l'oscilloscope . hterprétation correcte des ondes mesurées par l'oscilloscope r Mêsure claire et précise du déphasage des ondes r Calcul adéquat de l'impédance du circuit RLC à partir de mesures r Resþect du temps prescrit pour l'exercice

-

-

OUI

our

NON

n n n n n n n n tr n

n

nf

ü T

n I n tr n n tr u n n

T T

l

n

f, n

I

n n n n D

T

T

n n

n

T

NON

n n f n n n n n ¡

T

n n

T

r Quel aspect de cet exercice avez-vous le mieux réussi?

r Quel aspect de cet exercice vous a donné le plus de difficulté?

r Quellê stratégie allez-vous adopter pour surmonter cette difficulté à l'avenir?

Date

Signature

@

CEüEA

-

Renroduction ¡nterdite

Module

4

Électricité

:

Chapitre

I

343

%

Ëxercice pratique Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC parallèle Durée:75 ñlinutes

I

Précisions

lJobjectif de cet exercice est de vous familiariser avec les calculs et les mesures relatifs aux circuits RLc en parallèle. Pour le réaliser, vous devez avoir en votre possession le matériel suivant : . une résistance de 1 kc¿, 0,S W (R1); r une résistance de 1 ç¿, 2 W (RJ; .deux condensateurs de 1 UF, 3s V* (cr et CJ; . un condensateur de 10 UF, 35 V* (Ca); . une bobine de 2,7 H (L,,)i . une plaque d'essai; r une source de tension c.a. variable de 0 à 12OV CNAC; 'un oscilloscope; ' deux multimètres numériques. * Afin de travailler en toute sécurité, notez qu'une tension nominale de 200 v est préférable.

:

Marche à suivre

I

vesurez la valeur réelle de la résistance

:

R1

I

Rjustez la tension de sortie de votre variac à 20 v; puis, branchez-y successivement les trois éléments réactifs et déterminez leur impédance respective :

XL 1

X'.

xc

=

2

expliquez brièvement votre démarche.

$ en vous référant au circuit ci-dessous et aux valeurs mesurées aux rátapes

précédentes, remplissez la partie des valeurs théoriques du tableau pour les deux condensateurs c1 et ca. hscrivez un exemple de calcul pour chaque phénomène. (prenez note que la valeur de Ro est négligeable dans le calcul.) Ro

A

B

1f) eov

60

Hr

Hz

L1

cx

c

344

Chapitre 8

Module

4

Électricité

Reproduction ¡nterdite

- ø Cfflfa

ä

ValeurE

théoriquee

20v

Valeurs mesurées ValeurE

théoriques

20v

ValeurE mesurées

{

en fonction des condensateurs C1 et Ca, réalisez le montage du circuit de l'étape 3 Puis, prenez les différentes mesures afin de compléter le tableau de l'étape 3.

I

Comparez les valeurs pratiques aux valeurs théoriques du tableau de l'étape 3. Expliquez toute différence marquante.

brièvement la façon dont vous vous y prenez pour déterminer la nature capacit¡ve ou inductive de chacun des circuits'

$ expliquez

f

@

CEüEA

-

Calculez l'angle de déphasage à l'aide de la formule indiquée dans le tableau ci-dessous et en vous basant sur les valeurs théoriques des courants inscr¡tes dans le tableau de l'étaPe 3.

Reoroductlon interdlte

Module

4

Électr¡cité

Ghapitre

I

34â

%

$ rn utilisant la même formule,

calculez maintenant l'angle de déphasage en vous basant sur les valeurs mesurées des courants inscrites dans le tableau de l'étape

$

z

t-a prochaine étape consiste à mesurer le déphasage entre la tension et le courant de En vous référant au circuit de l'étape 3, ¡ndiquez à quel endroit devront être

source.

reliés les éléments de l'oscilloscope pour y arriver.

Point:

A

B

Sonde du canal 1 : Sonde du canal 2 :

u n n

tr

Commun (cnd):

n f,

c

n

T U

l[f netiez l'oscilloscope au circuit afín d'observer le déphasage entre la tension de source et son courant. lnscrivez vos résultats dans le tableau de l'étape

6 It

ll

z.

Faites vatider vos mesures par ta personne responsable.

Comparez les valeurs pratiques aux valeurs théoriques du tableau de l'étape Expliquez toute différence marquante.

z.

neatisez de nouveau le montage du circuit de l'étape 3, mais sans condensateur. Prenez la mesure du courant total et inscrivez-la dans le tableau (sans condensateur)

I I

{S

nioutez à votre montage le condensateur cj, reprenez la mesure du courant total et inscrivez-la dans le tableau ci-dessus (avec C,).

346

Ghapitre 8

Module

4

Élecüricité

Reproductton interdite

-

@

CF//EA

# l4

njoutez à votre montage le condensateur C2 (tout en laissant le C, en place), reprenez la mesure du courant total et inscrivez-la dans le tableau de l'étape 12 (avec C1 et C2)'

l$

A¡outez au montage le condensateur Ca (en laissant C1 et C2 en place), reprenez la mesure du courant total et inscrivez-la dans le tableau de l'étape 12 (avec Cj, C2 et

l$

Ca).

tustifiez chacun des résultats du tableau de l'étape 12 et expliquez les relations qui existent entre ces résultats.

1T

re fait d'ajouter un condensateur dans un circuit inductif améliore-t-il toujours la situation (FP)? Expliquez votre réponse.

#

G¡FIILLE E E CONTNôLE

AUTOÉVALUATION

OUI

u u

n n n T u n

il

T

tr

u

T tr

. Mesure précise des différents courants du circuit RLC parallèle . Branchement de l'oscilloscope au transformateur d'isolation

T

r Utilisation et branchement adéquât de l'oscilloscope r Mesure claire et précise du déphasage des ondes r Détermination juste de la nature capacitive ou inductive d'un circuit RLC Parallèle r Bonne compréhension et explication de l'effet d'ajouter

T

Iu n n tr n n n u n n u L__l

x

n T

des condensateurs dans un c¡rcuit RLc

n

r Rêspect du temps prescrit pour l'exercice r Quel aspect de cet exercice avez-vous le mieux réussi

OUI

NON

nn

r Montage correct des circuits RLc en parallèle r Calcul correct : - des différents courants d'un circuit RLC en parallèle - de l'impédance d'un circuit RLC en parallèle - de l'angle de déphasage d'un circuit RLC en parallèle r Utilisation adéquate du multimètre

ÉvnluRnotu suPERVtSÉE NON

u n f, n u

I

tr

n

n tr

?

r Quel âspect de cet exercice vous a donné le plus de difficulté

?

¡ Quelle stratégie allez-vous adopter pour Surmonter cette difficulté à l'avenir?

Date

Signature

ø

Cf//fa -

Reproduct¡on ¡nterd¡te

Module

4

Électricité

Ghapitre

8

347

%

Ëxercice pratique Correction du facteur de puissance d'un moteur Durée:45 nrinutes

I

Frécisions

Cet exercice présente un cas concret de correction du facteur de puissance : le circuit d'alimentation d'un moteur monophasé sera corrigé par l'ajout de condensateurs. pour le réaliser, vous devez avoir en votre possession le matériel suivant :

r une source de tension #EMS 8821;

r un moteur monophasé de 0,25 HP #EMS 8251 r trois banques de condensateurs #EMS 8331 ; r trois multimètres;

;

, un appareil pour mesurer les différentes puissances (pince wattmétrique).

À l'exception des appareils de mesure, tout le matériel listé provient pement pédagogique Lab-Volt.

I

Marche à suivre

|

À t'aiOe du matériel Lab-Vott, réalisez avec soin et précision le montage du circuit apparaissant ci-dessous.

EMS 8821

EMS S331

EMS 8251

(Ð

0,

ctt o L L

0,

tu

,c (t

120 V 60 Hz

EMS

1

E

ì0,

L

o

o

c c

@

EMS 8331

lnt. Cent.

Notez que les points A, B et C sont des points où l'on peut mesurer les courants suivants : r point A : mesure du courant total débité par la source (/,); r point B : mesure du courant échangé par les condensateurs (/.ono), r poiflt C : mesure du courant consommé par le moteur (/ro,.u,). Sachez qu'il est possible de placer des ampèremètres en permanence à ces points afin de mesurer simultanément les différents courants du circuit.

344

Chapitre 8

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

ä sont ouverts

I

Rssurez-vous que tous les ¡nterrupteurs des banques de condensateurs (disjonc(en positio n oFF'), puis mettez en marche le moteur en alimentant ce dernier teur en pos¡tion oN) par la source de tension #EMs 8821'

I

mesures dans le tableau wtesurez le courant aux trois points, A, B et C. Reportez Vos ci-dessous.

It

présentes dans le circuit (en prenant Vtesurez ensuite les trois différentes puissances la possibilité, mesurez le courant au point A et la tension à la source). si vous en avez (0) entre la tension et le courant' aussi le tacteúr de puissance (FP) et le déphasage étape, ces puissances sont cette Notez que la première fois que vous réalisez puisqu'il est alors la seule charge' Reportez uniquement le fait du moteur électrique vos mesures dans le tableau de l'étape 3.

$

du courant n¡outez quelques condensateurs au circuit et observez le comportement

total.

$

f

jusqu'à ce que le courant total (mesuré neprenez les étapes 3 et 4 Successivement, condensateurs au point A) descende à une valeur minimale (environ la moitié des devraient être actifs à ce moment-là). du circuit sur le plan Continuez à ajouter des condensateurs et observez la réaction puissances. Chaque fois, reportez de la consommation de courant et des différentes 3' vos mesures dans le tableau de l'étape

)

1

o

Cfflfa - Reoroductlon interdlte

Module

4

Électric¡té

Ghapitre

8

349i

@

G¡FIILLE EIE CGIIVTFIÖLE AUTOÉVALUATION

:

¡ Montage correct du circuit . Utilisation adéquate du multimètre r Mesure précise des différents courants du circuit r Mesure précise et conecte : des différents courants d,un circuit RLC du déphasage entre le courant et la tension du circuit des dífférentes puissances d,un circuit RLC r Bonne compréhension générale de la correct¡on du Fp

-

our

RLC

nn nn ¡tr

OUI

TN

n n

NoN

NON

lr trtr trn

trT f,u

D

[¡

tr

nn

par l'ajout de condensateurs en parallèle r Respect du temps prescrit pour l,exercice

ÉvRlunnoru supERVtsÉE

T tr

n n

n

tr

¡ Quel aspect de cet exercice avez-vous le mieux réussi?

r Quel aspect de cet exercice vous a donné re prus de difficurté

?

rQuelle stratégie allez-vous adopter pour surmonter cette di'fficulté à I'avenir?

Signature

Date

lvCITËS

35O

Ghapitre

I

Module

4

Électricité

Reproduct¡on ¡nterdite

-

@

CE//EA

Flésurné Dans ce chapitre, vous avez étudié les diverses caractéristiques des circuits RLi selon l'agencement des trois charges (résistance, bobine et condensateur). Le tableau ci-après présente les principales caractéristiques des circuits RLC montés en série et en parallèle. Vous avez également appris une chose essentielle pour les électriciens : la façon de corriger ló iacteur de puissance (FP). En ramenant le facteur de puissance à une valeur très proche de l'unité (ou de 100 %), la correction permetdäccroître la peiformance des installations électriques- Puisque la plupart de ces installations sont de nature inductive,la méthode de correction du facteur de puissance la plus fréquente consiste à_ajorrter un ou plusieurs condensatðurs raccordés en parâllèle; cette méthode offre en plus lävantage de réduire Ie courant total du circuit.

Schéma

R1

lc

lko

\

leo v 60

Hz

150

400

4

l)

ç)

I I

+I

'ä*-"* ii

lmoédance

z=f-

tr

o, z=,ff+1xVj

lr

I I I

--+

Diagramme vectoriel des tensions et des

vL> vc(xt> xc)

vt 0)

I I

Capacitif (0 < 0)

Capacitif (0 < 0)

lnduct¡f (9 > 0)

Qt des termes qui accompagnent la variabl.e el les déplaçant de l'autre côté de l'équatioir. ce processus se fait en plusieurs étâpes. o¡ commence par ce qui est le plus loin de la variable å isoler en leiransferant de läutrie cot¿ de l'égalité. cela implique,qubn effectue lbpération mathématique contraire à ce qui se trouve dans la formule originare. on procède äinsi jusqu'à ce que la variable recherchée soit seule d-'e sott côté. s'il divise torit un côté de l_équation, considérez le dénominateur (diviseur) comme l,Jlément le plus éloigné de la variable: il doit donc être traité en premier.

37A

Annexes

Module

4

Électricité

Reproduction interdite

-

ø

Cf/fa

Exemple

Isolez la variable Y :

I

ìÉ,tape

(+4

-x4)

Ê,tape2

(xz

-+z)

Étape

3:

*-a)

(+a

Étaoe

(.ti,

4:

Exemple 2

1

*,/-)

(z*(y'

Isolez lavariableY:

+ 8)) ++ = s

Étape 1

(zr(y'+Q))=sx¿

:

zx(y' + a)= 29

(r'+s) =20i2 y2+8=

f

=

Y

={1

3x2)x(5y-6) 4

9x4=(3xÐx(sy-6) 36 =(3 xÐx(sy-ø)

Êtape2z

36=6x(Sy-ø)

Étape 3 :

g6+6=( 5y 6=5y-6

10

r0-8

l'=2 Y

)-

Etape 4 :

6+6 = 5y 12=5/

Étape 5 :

9=u 5'

= r,4L42

/

6)

=2,4

Mms ËN ÉvloENcE

(lettre) qui est Il arrive, à lbccasion, que lbn cherche à isoler.une variable dans *"ütpf1i" iou divis¿å)par différents facteurs à différents endroits qui el"utiòn. pour uiri.,r.t à f isoler, il faut obtenir un seul facteur (ce facteur-peut être le contenu d'une "". affectera la variable lo" r""t endroit une parenthèse). Le but sera donc de placer la variable à isoler devant côté' ¿. ã¿pf"cer ensuite cette parenthèse de I'autre

;ä;'Ñ"t

On voit ici que la variable à isoler se trouve à deux

endroits dans l'équation' lmméd¡atement, les mots ( mise en éVidence ) doivent vous venir à l'esPrit.

2000 x IB+20 x 50 x IB Exemple : Isolez /u dans l'équation suivante : 10 = pour bien on peut d'abord récrire la formule en ajoutant des parenthèses iìLu&rer que la multiplication a priorité sur I'addition. 16 = (2000 16

x IB)+(20 x s0 x /B)

=(2000 xIu)+(tooo xfo) sortant la

en Le but, ici, c,est de récrire la même formule autrement rester inchangée' fu aes pur.rrther.s. Par contre, l'équation doit

"uriuUi.

10=/B(2ooo+looo) 1o =

r¡(3ooo)

1r

3õo ='u

ø

Cfflfa - Renroduction interdite

Module

4

Électricité

Annexes 379

fllsrRnunu¡rÉ La distributivité est le contraire de la mise en évidence. Elle sera utilisée lorsque la variable est additionnée (ou soustraite) à autre chose à l'intérizur de plusieurs parenthèses, elles-mêm., ou divisées par un facteur. vous devez alors multiolier chaqu.-ottipti..s t.r"å. rr.lroupement) contenu à l'intérieur de la parenthèse iutr. t.råîq"ìîi¿i¿ä.. Exemple : Isolez et calculez y dans l,équation suivante

:

(sy+t)x++(zy-s)xz=8 20y+4+4y- 10 = 8 20y+4y+4- 10 = I 20y+4y-6=B 20y+4y=8+6 24Y

= 14

u_ 14 _ 7 ,2412

Lol ncs EXposANTs Lorsqubn

multiplie ou divise des nombres ou des variables possédant un exposant, on doit multiplier ou diviser les nombres ou variaLles tandis que les exposants seronl additionnés ou soustraits, selon re cas.

Exemple

Calculez: 3 X

I

Exemple 2

x2 x 10-3 ß xÐ x 106-3

15xlq4_15Y104

106

5xl0'

3X104-s=3X10-r

6x103

¿i\

*unoelez-vous

5 "10t

q*

#

= t0-2, aor,.

$

= 10s x l0-2 -

105-2

ïkËonÈruË tlË PvrxReonc säpplique dans te cas dïn triangle rectangle, flh5ore cest-à-dire un triangle quipossède un angle droit. cette foimule .rt ütii. pour trorrver la longueur dtn côté quand"on connaît la longueur des deux autrescôtés. Notez que le côté. c säppelle I hypoténus", q-uìi.rt toujours opposé à I'angle droit et que c'est tóú¡ours te'øt¿ r. proriãng.

l:jn:l',.::9:

c a

*+8-ê b

3AO

Annexes

Module

4

Électricité

Reproduction tnterdite

-

O

CflfA

Exemple: Déterminez la longueur manquante (.r) dans le triangle Pour trouver I'hypoténuse, additi onnez les deux autres côtés au carré avant d'extraire la racine (add¡tion, car c'est le coté le Plus long)' Par contre, si vous cherchez un côté différent de l'hypoténuse (a ou b + plus court), soustraYez de la longueur de l'hYPoténuse âu carré l'autre côté connu au carré avant d'extraire la racine (soustraction, car c'est un côté plus court).

dessous.

a2+b2=c2

L442+x2=2402 240,

x2=2402-1442

144

*

=36864 36864

x

x

=192

înrcoNoruÉrnlE

Il arrive, à I'occasion, qubn ait à trouver une longueuJgu un angle' iouio"rc dans le triangle vu précédemment. Pour fonctions trigonométriques sont fort utiles'

sin?

=Lc

,or0

=Lc

tuno =

ci

ce

faire,les trois

opposé à La fonction sinus (sin) est donnée par le rapport entre le côté l'hypoténuse et I'hYPoténuse. et La fonction cosinus (cos) est égale au rapport entre le côté adjacent

l'hypoténuse. opposé et le La fonction tangente (tan) représente le rapport entre le côté côté adjacent. on peut se servir de ces fonctions pour trouver diverses mesures de

I

longueur ou d'angle. Pour trouver les angles, on doit généralement utiliser les fonctions trigonométriques inverses'

g = cos-t b c 0

=

0=

sin-t

L

votre calculatrice' Les fonctions trigonométriques inverses se trouvent sur (arc tanD' (arc et cos) , quelquefois On les appelle

c

tan-'t

mémorisez le mot

Exemple: Trouvez les longueurs manquantes' cos25' = E

+aL

vL

tan25'= 25' Vn=2OOV

@

CEüEA

-

Reoroduct¡on interdite

+

E=#r"*

v.

=220,67 Y

,ofu + Vt= tan(25")

x

200

Y = 93'26Y

Notez que la dernière mesure aurait pu être calculée à I'aideãu théorème de PythagoÍe, caf on connaît deux côtés sur trois. Module

4

Électricité

Annexes 3A'l

PnËpxss Les préfixes sont des petits mots qubn utilise pour représenter une cert_aine quantité. Par exemple,

kilomètre (km) represente 1000 mètres et milligramme (mg) représen1e l/1000 de gramme. Rema rquez que

des le cas du

chiffres par des les et

mt

10-12

10-e

piniu ll

En électromécanique, il existe plusieurs phénomènes physiques (électrique, pneumatique, hydraulique, mécanique, etè.) quår, exprime par des mesures tantôt très grandeJet tantôt très petites. Þoo, évîter d'inscrire des chiffres avec des tas de 0 consécutifs et pour diminuer les risques d'erreur,l'utilisation des préfixes s'impose. Le tableau ci-dessous présente les principaux préfixes avec lesquels vous aarezà travailler au cours de votre carrière. certains vous sont déjà familiers, les autres ne tarderont pas à le devenir.

10-ó

i

I

1 (109

1o-3

I

im

'l'u

i I

iM

I

iG des nombres entre r et999 (et deux

La.plupart dutemps, on inscrit chiffres après la virgule) suivis du préfixe approprié.

Exemples: 878 000 000

watts

=

BTB

mégawatts

(Mw)

puissance de la centrale

électrique Laforge 80 000 000 000

octets = 80 gigaoctets

(Go)

0,000000 125 fa''d = 125 nanofarad

0,0030427

ampère

=

3,}

capacité de stockage d'un disque dur

(nF)

milliampères

I

Capacité d,un condensateur en électronique

(mA)

courant circulant dans un circuit de contrôle

Lutilisation appropriée de votre calculatrice fera toute la difference dans votre rapidité à traiter les-préfixes. Il est très important que vous appreniez à I utiliser correctement dès maintenant. vous ön serez récompenù tout au long de votre carrière. Il vous faut donc utiliser la touche l0* ou E ou EE ou EXR selon le modèle que vous possédez. Notez bien qu,en utilisant ces touches vous ne devezpas entrer lè nombre 10, car il estinclut dans la fonction. En règle générale, la calculatrice vous donne toujours la réponse en unités (au centre du tableau); cþst à vous à la reconvertir pour I uiiliser avec le préfixe approprié. si vous désirez entrer 2s mA dans votre calculatrice, vous entrez 2s EXp Pour ce qul est de I'exposant négatif, certaines calculatrices permettent

-3.

de l'écrire directemenu avec d'autres calculatrices, il faut appuyer sur la ,qri se trouve souvent à proximité du signe d,égalité

touche

3ElP

Annexes

Module

4

W

Électric¡té

&4.

Reproduction interdite

-

ø

C4lfA

I

tsolez les variables spécifiées dans les équations suivantes.

a) ldans V=R x

c) vrrdans

e) Rdans

g)

2

b) lrdans lr=Pxlr+l,

¡

d) Fdans X.=

lr=5fiIcr

f)

7=rfF+Íl

Y2dans

Cdans

XTTX

X

F^=Txn*ñ

V^-ZxV, .l2=-R-

les triangles ci-dessous' Déterminez les longueurs ou les angles manquants dans

132 HO

23,4 E

10 A

96

66

20" B

F

DO

c

fi=

$=

D-

@

CEüEA

-

Renroductlon interdlte

Module

4

E-

ft-

G=

fl =

Électricité

Annexes 3Elg

3 convertissez les nombres suivants

en utilisant les préfixes suggérés et, s,¡l y a lieu, un préfixe plus approprié.

a) 2oooo = b) 0,00004 A =

c)

MO mA

400kw=

w

dl o,236mv = e)

0,09ó3 A =

f)

2oooo

t)

34,72mY =

e

¡tv

¡iA

=

KQ

v

hl 0,0045 A = ¡)

2,34x

1gto

¡rA

!! =

GW

¡) o,oeoTv=

mV

k)

9,438 x

l)

2,347 x 10s O =

'10-a

A= kç¿

ñ) 0,931 mA = n)

23756

o)

2,348 x

p)

0,008óv=

tl)

0,925 mW =

r)

7,864x

ç¿

A

=

MO

10-2

107

A=

mA

kv

w

Q=

MO

s) 71 005w= t) 0,009 352 A =

nW ¡rA

Si vous avez besoin d'un entraînement supplémentaire pour bien maîtriser les notions apprises,

l'exercice A.2.

344

Annexes

Module

4

Électricité

faites

Reproducuon tnrerdtte

- o CfffQ

Exencice 4.2 -

#

*:3

*

x:

*

¡:

t:

x*

r

*

¡

t

r

Ê

*

**

s

x

*

x

::x

n

r

s

*t

s

-

-

s::

Ë

x

tsolez les variables spécifiées dans les équations suivantes.

1

a)

RdansV=R/

c)

R dans

P=Rxl2

e) %Edans,r=&fih

@

d) t dans Xt=2nFL

f)

cdans

x"=ÅFe

h)

/Edans

4.=R.x/. +V., +R, x/,

g) Þ dans

/. = /r(P + 1)

¡)

r=ffi

RX^

¡)

REdans E= Rs

,=ffi

l)

bdans

Rdans

k) kdans

2

b) ldans P=Rxlz

x/g+(P+ 1)/, xR.

fa-$ø*t=b-3

en considérant que y = 2' lsolez x dans chacune des équatiOns suivantes et calculez sa valeur

al

24=3xy+5x-12

CEüEA

-

Reproduction lnterdite

bl +Y=7xY-x-2

Module

4

Électric¡té

Annexes 3El5

cl

4x2-7x2y2+5y= -15

d)4=-& X'y+3 ./

3

Déterminez les longueurs ou les angles manquants.

A

236

4A

c 370

DO

B

rt

169

B=

c--

D=

À l'aide de votre calculatrice, effectuez les opérations mathématiques ci-dessous. Dans chaque cas, inscrivez la réponse telle qu'elle est affichée sur votre calculatrice, puis convertissez-la en utilisant le préfixe approprié.

â) ó00V+3,3kO= b)

735

A

kVx 124=

w

c) 20kOx55kA*75ke=

dl

c¿

12OQx0,5mA=

v

e) 3pFx27¡tF +30pF=

F

f) 133 kç2+1/2ud2= $ 25 Hp x746W/Hp h) ó7

pF

o w

x 133 qF + 0,33 ¡rF =

F

¡l 358MW+534= il O,OSql ffiÇ)xæx2=

3El6

A-

Annexes

v c¿

Module

4

Électricité

Reproduct¡on tnterdtte

-

@

CEüEA

Flelaüions de Phase enËne V àt , aáns les öincuits FIL eü FIG Voici une méthode astucieuse qui permet d'établir facilement lbrientation des triangles (tensions et courants) pour tous les types de circuits. La méthode fonctionne pour tous les circuits RL ou RC, qu'ils soient en série ou en parallèle. Elle s'applique également aux circuits RLC (chapitre A¡. fu fig,tt" qui suit présente la méthode en quatre étapes, à-partir ào.är d'un circuit RL série; ùne fois ce cas compris, il suffira d'appliquer une logique similaire aux autres types de circuits'

o

o

E

E

L

L

c

| (r.) l, c

E

E

fr.l I,

I

I^

les différentes tensions (V), sachant qu 'elles sont déphasées l'une de l'autre. or, dans la résista nce, VR est en phase avec /R ; en conséquence, on Place yR vis-à-vis de /R et on trace le Premier côté du triangle.

(identiques) sur la ligne du / de ELICE.

0

ð

E

v,

| (r,) I, l^ c

VL

L

L

|

vR

(r,l

L

t,

E r

la tension 4 vis-à-vis du premier E de ELICE (L = bobine) et on trace le veCteur à la vertlcale. yR ou que yr est on voit ainsi que 4 est en avance de 90" sur yL, puisque est en haut, ce dernier et en retard de 90'stir

r on place ensuite

l'angle est positif.

L'addit¡on vectorielle de ces deux tensions représente la tens¡on de source E. cette tension correspond à l'hypoténuse du triangle.

I

En résumé, Pour un circuit RL, le vecteur ^mais est vertical,

a

Cfflfa - Reoroductlon interdite

VA

c

E

r

VR

ron c0mpa re ensulte

r On inscrit d'abord les lettres ELICE à la verticale. r Dans un circult RL série, le courant est le même en tout point du circuit (circuit série). on place donc les courants /L et /R

E

l^

V*jS horizontal et le vecteur V,

comme il est en avance, ce'dernier est orienté vers le haut.

Module

4

Électricité

Annexes 347

Dans un circuit parallèle, c'est la tension qui est la même dans chaque composant. Dans ce cas, le point de départ du triangle est la tensioñ et non-pas le courant. on commencera le triangle en alignant les tensions sur l'un des E de ELçE plutôt que sur le I.Láfigure q:ui suit présente le résultat de la méthode pour les quatre types de ðircuiis, soit les circuits RL et RC, selon qu'ils sont reliés en série ou èn parallèle.

E

E fÐ vLvA

VL

L

I

L

tl,¡ t, \

Ir

I

VR

lL

c

G E

E I ¡

I

-f----

RC série E

L

I

L

tl,l Ic

VA

tR

I

c

c

E

E

3AA

Annexes

lc

E

vc

Module

4

Électricité

fq Vc

VA

IF

Reproductlon interdite

-

ø

Cf//rc

Gonnigé des exel'eices Explonation la longueur de fil utilisée' a) tl doit connaître le courant maximal qui circulera dans les fils et ce cas précis, il doit aussi connaître b) tl doit connaître la tension de fonctionnement du moteur. Dans passeront les conducteurs' la température ambiante maximale dans la pièce où

I

à 230 V est de 2'7 A' 2 La plaque indique que le courant associé

supporte 15 A maximum' 3 a) Conducteur #14AWG, de type RW90

h)Conducteur#I4AWG,detypel2S"Csupporte30Amaximum' négligé et que tous les branchements sont conformes aux 4lulien et André devront S'assurer qu'ils n'ont rien d'un multimètre' à l'aide plans d,installation. tls devront également vérifier la continuité du circuit

poussière' un fort courant d'air qui fera voler les débris et la $ Rarce que Ie ventilateur en marche va créer de protection. ll est ici relié au contacteur magnétique' 6 un relais de surcharge thermique est un dispositif prolongées' Le RST protège le moteur contre les surcharges

I

et les valeurs prescrites par la plaque oui, parce qu,il y a moins de 5 7o d'écart entre les valeurs mesurées pas chargé à sa pour la tension. Le 7,4 o/od'écart pour le courant signifie que le moteur n'est signalétique pt.in. capacité. ll lui reste donc une bonne marge de manæuvre

!

Exercice 1.1 Source d'alimentation

c-H

Charge

F

Conducteur

I

þ

-+

Dispositif de protection i o Dispositif de commanOe i n-r

I

A

E

o

M

R-L-C

ø

aucun

A

E

o-F-OL

-+

+--I I I

--+

g-c

c-F

F

--+--

is

Exercice 1.2 1 1. Argent; 2. cuivre;3. or;4. Aluminium 2 a) Un moteur industriel : Courant alternatif b) Un lecteur MP3 : Courant continu c) Le démarreur d'une voiture : Courant continu

d'un téléphone cellulaire : Courant pulsatif pour alimenter un chalet éloigné : courant pulsatif e) une petite éolienne de 400 w qui charge des batteries f) Une perceuse sans fil : Courant cont¡nu

di ¡a sortle du chargeur

g) Une plinthe chauffante : Courant alternatif h) Un compresseur à air : Courant alternatif

il

L'entrée du chargeur d'un téléphone cellulaire : courant alternatif

3 alt. ventilateurdeplafond;2.

Bancdescieportatif;3. Séchoiràcheveux;4. Plinthechauffante;

s.

Sécheuse à linge Banc de scie portatif ; 5' ventilateur b) 1. sécheuse à linge;2. plinthe chauffante; 3. séchoir à cheveux;4. puisque la résistance est inversement de plafond (trlote : tjordre est à l'inverse de celui des courants

ProPortionnelle au courant')

a

Cf//fa -

Reoroduction interdite

Module

4

Électricité

Gorrigê des

exercices 3Elg

Exercice 2.1 Branchements corrects : B et

E

Exencice 2.2 Le volümèüre sert à mesurer la tension. ll se branche êfi paranèteavec l'élément à mesurer. pour des raisons de sécurité, vous ne devez jamais utiliser un multimètre ryånt t.,r'. ¡solation électrique inférieure à la catégorie llr dans une usine' Pour mesurer une tension de 120 v avec un voltmètre à échelle manuelle, vous devez sélectionner l'échelle de 2oo v et non pas la loo v, faute de quoi le voltmètre affichera un code signifiant jnfiní (gL). pour influencer le moins possible le circuit au moment de la prise de mesure, le voltmètre est pourvu d,une gtatae résistance interne qui empêche la déviation du courant dans I'appareil.

Exercice 2.3 1

34

a)

b) c) d)

1O2

oulOO

34 x 1OO = 34OO

I

ou5,4kC2

5%

12

10

eaQ

10%

43

104

430 kQ

20%

344kQ d6ka

?o

'l06

2%

3,8.22MlJ. 3,970Mç'

3900 kQ ou 3,9 MQ

108

Q

1s.2CJ

el

24

102

2,4keJ.

5%

2,28

kA

2,62klJ-

f)

47

10c

47 kç¿

10%

42,3

kg

51,7 ks¿

8)

10

1(1Or)

roa

6%

9,5

S¿

10,5 Q

h)

s1

103

91kQ

1%

i)

10

1A2

1ko

10%

¡)

6ø

104

6øAkA

90,09kf/900

2%

91,91kQ

Q

t,l kQ

666,4k|.J- 693,6kA

2

a) 3,57 ka *5 % b) 8,2 *1 cl 10Ok9. +2o/o d) 33 ka r10 e) 9ó0 ka x.2O Ç2

o/o

7o

o/o

f)'l,4Me*1oo/o

g) h) ¡) i) 3gO

78 kQ *10 o/o 5,1 ko 15 % 230 kQ *2o/o 1,22MQ x1 o/o

Conrigé des exercices

Arange

Vert,

Violeþ

Gris

Rouge

Þrun Orange Blanc

Noir

Or Jaune Orange Jaune

Orange Bleu

9run Yert,

Jaune Grlø 9run

Rouge Ørun

Orange Rouge

Violeþ

Module

4

Électricité

Or

Brun Rou6e

Ar6ent

Yert',

Argent,

Orange

Argenl

Rouge

Or ?ouge Jaune I 9run

Jaune Rouge

Reproduct¡on interdite

-

@

CEüEA

Exercice 4.1 lallr=8,334

Exencice 2.4 a)1. Tension

Rr=18O

b)17. Fusible

= 8,33 V

c) 18. Pince amPèremétrique

V*,

d)1ó. Vérificateur de continuité

v^"= 41'67

e)1. fl 4.

v^o

Tension

Circuit fermé

g)15. Multimètre et 18. Pince ampèremétrique

h)ó. ¡)

i)

= 3ó,43 Q 4q = 8243 O

Rz

3.

Puissance Charge 12.

V.,=50V

c) R.,=28Çt

Exercice 3.1

Re

a) R.q = 19,8 kO b) R"o = 18 kQ c) R.; = 11ó O (La résistance R2 est en court-circuit') d) R;; * (Le circuit est ouvert entre les résistances R1 et R2.)

-

Exereice 3.2

/g=14

d)/r=1rlìA v^, =3V v^" =5V vq =4V

ç¿

€)

dr 2,78kO a)

La Req sera plus grande (sans Rr).

b)

R"q

R2

R.o

=10V =22klJ-

R.o

= 19

v*o

cl 1232A

3

= 120 ç)

yR,-28V V^,=22Y

b) 5ó8,33 Q

I

= 83,33 V

b)4=1,37A

Conducteur

'l å) 83,02

aval

En

R1

ú

ú

n n

t

R3 R4

V*'=-3V vq=3v

En amont

n

¡ç¿

Rr=13kQ Rs=3kç)

o

= 568,97

(réf.)

v

yq = 16,67 V

2 a) t-e courant double

b)

B

E+

12V -

Exercice 3.3

e) 821

c¿

172,44 A

¡)

114,53

il

9,12kO

oko

kç¿

vrr= v^"= ve"= 4Y Fli

c)

f) 5ó,8 kO t) 4,8 kO h,

R2 Flg

10

dl56,67 A

bl24,74ka c) 1,5 kO dl 12k ç¿

fo ko

10 ko

12V -

ç¿

k) 2,55 kO

R3

R4

10 ko

1t) ko v^r= v^r= vÊ"=

@

CEüEA

-

Reproduction lnterdite

Re

10 ko

E+

Module

4

Électricité

vro = 3

v

Gorrigé des

exercices 391

d)

La tension dans les résistances diminue quand on ajoute une résistance.

e|

Dans un circuit série ayant des résistances identiques, la tension est égale sur toutes les résistances.

f)

c)

E+ 24 V.

La tension aux bornes de chacune des résis_ tances équivaut à la tension de source (E) divisée par le nombre de résistances du circuit.

Fl1

12e)

R2

12e)

R3

Fl4

12a

12o

/,=8R R.q=3Q 1., = Ir= Ir= lo= )

\

Exercice 4.2 1 Circuits a) et d)

dl

2f)

r

Dans un circuit en parallèle : Une charge donnée consomme toujours le même courant, peu importe le nombre de

.

charges présentes dans le circuit; à mesure qu'on ajoute des charges, le courant

3 c), g), j)

4 d), f), g), k) 5 R.o = 3,24

t

totalaugmente;

o

*

Si les charges sont toutes de même valeur

- le courant de chaque charge sera identique; - le courant total équivaut au courant d,une

d)V._o=9Y ê) Vo_, = 12V f) R.-300c¿

-

c)&=100o

1 a) /, = 2,82 A; /0, = 1 AJ l^"= 1,82A; V*, = 1gg

b)

rI,

6:_27

/.=1AJ 41

y

/o= 9

/¡=1A-+

A: /*. = 15,óB Aj/*" = g,0S A;

Rs= 42,86 Ç), V*. = 3{g

c)

/*, = 47 mA; /r, = 1

le= 12 A -+

!

fiìA, Iu=2mA;Rr = 1,0ó kf¿;

Rz=5oko;R*=1ke

Exercice 4.4 1 Circuits b) et c)

d) /*. = 2mA; /oo = 50 nìAj/, = 100 mA; Rr=2,33 kQ;R2 =2Oke) R¿ = 2 kO;R"o = 1 kO

2e)

j

3c)

ê)

ta,= 4'¡1,77 mA; l^"= 1,4 mA; R2 = 170 Q; R.q = 144,gg tL

f)

/*, = 13233 mA;/R, = 60,67 mA;/E. = 12S mAj Rr = ó53,11 C);R, = 1,82ke: E, È, 91 V = =

2 a)

E.,

=

20V;

branche multiplié par le nombre de charges; la résistance totale équivaut à la valeur d,une résistance divisée par le nombre de résis_ tances du circuit.

3/o=34l"=7 AI

Exercice 4.8

tR,= 70 ftlA

4c) ä a) ¡,¿

ko

blsmR c) 10 ko

la tension double.

b)

$ Toutes les réponses précédentes sont bonnes E+

24 V

Exercice 4.5

B"

'l¿ a

1

/,=óR

lr=lr=lr=2A

Gorrigé des exercices

a)

V^,

_

V^^= 4,18 V, /., = 231,96 mA;/R. =77,29 mAi /*, = 154,59 mA; /R, = 231,96 ma; 64,67 Çl

b)

&q=4c¿

39P

:

a) o est négatif par rapport à A. b) %, + Vo,* Vo= 8., + E,

= 6,96V ) Va,= 3,8ó V; V*" = 3,8ó V;

V; Vr,J 29,51 V: VR.=

4

Électricité

li,lZV;

=

Y^"

v l^' 2'30 rlìA ; /*- = 1,58 mA; = 19:39 ; =

11,49

l^"=712,87 pA, Module

&o =

tz.,

/n.

=712,87 pÁ; &o = 17,41ke Reproduction ¡nterdite

-

@

CEüEA

c) 4. = 10 V; yR" = 10 v; vu=7 v; v*, = 1 y; v^,.=2v;/*, = 10 mA;/r, ='lo mA;'q = 20 mA; l^^"=20 mA;/R, = 20 mA;Re = 3501), R.q = 1 kQ

d)

= 155,5ó V, Vn, = 194,44 V; Vo. = 194,44Vi vr^=77,78 V j V*" 116,67 V, l*, = 77,78 Ai la"= 19,444, /0" 19,44 Ai /n. = 38,89 A; V*"

I

v; lo, = /r, = /* = 1,5 mA; P*,= 11,25 mW;P*, = 33,75 mw;R2 = 15 kQ;

2 â) vn. = 7,5v: Vv= 30

E=ó0V

b)

yq 1,75V; V*, = 8,75 V; = = 8,75 V; Va"= 15,75 V; /n = /u = /u = /*, = 875 PA; PC = 13,78 mW; er. = i,s3 ÍnwiR, = 18 kQ;R¿ = 1o kQ

C)

A; /R, = 1 A, 4. = V^.= V^"= E = 6O Vl /*, = w;R. 30 w;P*, óo Pn'= 9dw, Þn, = = 49 ç' =

I

/*, = 38,4q A; lr=77,79 A;R.o =

4,5I

yq = 0 V; V*. = 0 V; = 132,83ViVa"= 132,83 V; Vn' = 85,39 V; 4, = 281,78 V, /0, = 664,14 mA:la""= 189,75 mA;iq = 0 ITIAi /0, = 0IAl _/o'= 853,89 mA;/\ = 853,89 mAi4q = 585,5ó c)

ê)

Vn.

f)

V; Va"= 69,44 V;Vo = 69,44V; V; V*- = 31,91 v i l^,= 6,94 Ai l^"= 4,63 A; I^"="2,9'14, /*. = 2,66 Al l^"=2,66 A; lr-=9,60 A, R.q = 13,02 ç¿

ê)

v* = 50 v; 4, - 50 v; vr.=32,74 V j V*o = 17,26V: v^.= l,l$ v; 4^ = 15,98 v; /*, = 5 mA; l*,=2,5 rlìA j/r-= 4,09 mA;/*. = 3,45 mA; In'.= 639,39 pAl /*" = 639,39 pAi lt = 11,59 mA;

f)

t)

V*. = 55,5ó Vp',= 93,O9

Req

R"o

¡) 4.

= Zó3 kQ

= 12OVi

Vn.

v*. = 0 V; v*. =

Re= 666,67 Vn.

= V*, =

ç¿

V^.

=

4,

= E = 10 Vi /*. = 25 mA;

/*"'= 25 mA; Pn, = 250 mw;PR, = 500 mw; P;" = 250 mW;R1 = 400 ç¿;Rz = 200 Q; R¡ = 400 Q;Ro = 400 O

6,96v; v^,=v^,= 318óvl y*. = 4,18 v; l^,=77,08 mA;/R. = 154.88 mA; /*. = /*. =231,96 mA;PR, = 1,61wi P'^,= )97,52mw; PR. = 968,49 mwi Rz = 50 o; v*, =

Ra=25c¿

g) E = ó5 V; Y* =54,84ViVa,= 4.:J9,]ó V; v*, = v*. = o v; /R, = 4,57 Ai /n, = 2,54 Ai !^ =2,Ci3 A;/*. = l*. = 0 A;PR, =250,62W: P"^,= 25,81 W, P*. = 20,62 W, Pno = Pnu = 0 W,

Rt=12O;R.=5ç = 0 V; V*, = 0 V; vn, = é0 v; /*, =255,32|rl{i

= ó0 V,

I vi

Vn.

h) V* = 2V;V^,=

= ó0 mA; /R. = 0 mA; ç, = 0 mAlln,= 0 mA; ,*" = o mn; l^,= 60 mA; Req = 380,57 o yR. 4. = 10,81 V; Vn, = 1,80 Vi Vn, = 0 V; = 0 Vi v*. = o v, vn^ = ov; yR, =36,ci4 v, v*.= 6,76v; vo = 45,05 V; V*," = 31,53 V; vn,, = 31,53 V; ve',"= 18,02Vi /*, = 9,01 mA; /*, = ?01 fTìA, /*. = o A; /*. = o Ai /r, = o A;'*, = o_ti /n- = 9,01 mA;rR" = ?01 mA;/*" = ?01 mA; /r'" = 4,50 mA;/;,, = 4,50 mA;iR, = 9'01 mA; R"q = 1ó'ó5 kQ

10

Vi 4. = 8 V; V*1ó

V-i

/n. = 400 mA;/R, = 100 mA;/* = 340 fllAl /* = ó0 mA;rR.; óo mA; /t = 5oo mA; Pi, = 800 mW;PR, = 1 W, P^"12/?!_;_

,R,

i)

'1,5

Re=120Q d) v* = v^,=v*^= E =20 vl /*, = 30 mA; /*, = 40 mA; /r" = 3o A;11 too mA;PR, = óoo Í1w, P*, = 8oo w; R, = 666,67 {2; Rr= 5oo Ç);

= 4'31 kO

h) %, = 500V; V^,=311,36V Vo=1J!,^5!.V: u': v^,^= 57,69 v; 4. = 6,41 u : v-,= !:,]: '15,57 mA; Vi.='18,31Viln, = 50 mA;/n, = /n. = 15,57 mA;rR" = 6,41m\i /*, = ó,41 mA; l^',^=9,16 mA;rR, =9,16Íll{i /r= ó5,57 rxAi

V*.

_

120llìWjR, = 23,53 Q;R¿ = 33,33 o; Rs=100Q

P^,^=

il

v*, = 96,07

vivr.=v^o=

303,37

vll*,

l^,=2,53 A, /n, = 1,52 A: /*, = Zo! P*,= 127,83 W; P*. = 30ó,Íl W|_PR,

= 9,61 Ai

:-215J

kW;

Q; Rz=20 Q;-R. = 300 O;R¿ = 200 Q; Rs=50o Rr =

Exercice 4.6 la)ó0W b) 81ó W cl V = 44,72V; l=2,24 A dl P,.* = 12 kW; 10,13 kW (consommé)< 12 kW

(disponible)

e)

@

R = 3ó0 O

CEüEA

-

Ð

=å Fonctionnel

P,roou,

='ló0 W

Reoroduction lnterdlte

Module

4

Électricité

Gorrigé des

exercices 3gg

3 R"o

6,26

12,5

2AOO

26

R1

10

12,5

1,26

16.63

R2

10

5

5AO

2,6

R^

20

6

260

1,26

R4

2

1,5

750

1,126

Rs

10

a,76

376

1,41

Ró

10

6,75

376

1,41

R7

2

o

o

o

R8

3

2,25

750

1,69

Exercice 5.1 Composant Bouton-poussoir

Numéro ru.O.

Gomposant

Numéro

11

Fusible à fort courant

3

Fusible à faible courant

7

Sélecteur à trois positions

I

Sectionneur bipolaire

2

Moteur électrique

ø

Contact N.F. du RST Contact N.O. du contacteur magnétique

15

Élément thermique du RST

6

Bouton-poussoir N.F.

10

4-12

Alimentation électrique

Bobine du contacteur

1

14

magnétique

Bouton-poussoir d'arrêt d'urgence

I

Exercice 5.2 6o0

¡tø

i i I

1,25

r¿ø

+----¡--*¡-r-

2,95

t

t¡ø

tzt,zt ¡ta 6yø 2,59

I

_...

__

_..! _y.? - _.. -. _ -$+ 6,25 yø 14,64

r¿ø

pe

606,06 ya

I I I

25

¡tø

11,93 ¡tø

i

Exercice 5.3

I

Soomø

1OO mø

6mø

-------'

22,6 mø

394

Gorrigó des exercices

9ma l¡

1 Module

62,6

4

mø

Électricité

i

6a 46

i

mø

912,6 mø

Reproductlon ¡nterd¡te

- @ CEüFA

2a)

1

¡.rF

1 pF

5pF c"q = 41

6'66

nF

5pF

b)

4o=5oPF

1pF

1pF

1pF

1o pF

5pF

pF

5pF

1O ¡rF

pF

2pF

c) 25 pF

4o = 9'375 PF

dl 25 pF c"q =

22,5 PF

opF 25 ¡rF

Exercice 6.1 1 Pôle nord 2 Répulsion

3

, tl se trouve dans un plan perpendiculaire au courant qui le produit; . SeS lignes de force sont symétriques par rapport au centre du conducteur; r ll aSit sur toute la longueur du conducteur; r son ¡ntensité diminue à mesure que l'on s'éloigne du conducteur; r Enfin, il disparaît dès que le courant cesse de circuler dans le conducteur.

le sens de rotation du champ 4 placer le pouce dans le sens convent¡onnel du courant, les doigts indiquent

magnétique.

5 Électroaimant

@

CEüFA

-

Reproductlon interdlte

Module

4

Électricité

Gorrigå des

exercices 395

.

$

L'intensité du courant circulant dans la bobine;

2a)100V

r Le nombre de tours de fil; r La nature du noyau.

b) 4ó ms

c) 35,3s V

dlov

7 Les moteurs, les alternateurs, les haut-parleurs, certains appareils de mesure, les relais, les sonnettes de porte, les retenues magnétiques de porte, etc.

9r

talsru b)rus cfNs

¡)

31,8 V

i)

sov

el21,74H2

f) 23 ms

dlsN

S rorce électromotrice (f.é.m.)

l0

l!

3 a) æ,es v b) 4,8 o

champ magnétique est stable, la tension induite sera nulle (f.é.m. = 0 V). par contre, si le champ magnétique est variable, la tension induite sera aussivariable et imprévisible avec les informations disponibles. S¡ te

11. r

cl72w dl 24V el7,07 A (max)

f) ow

sens du champ magnétique Sens du déplacement du conducteur

g) 20 trs

la tension induite sera nulle (f.é.m. = 0 V), car le

Exercice 6,4

conducteur se déplace parallèlement aux lignes du champ magnétique; il ne subit pas de (perturbation magnétique>, alors aucune tension n,est induite.

1a) ó0 ms b, 16,67 Hz cl 0" d) ó0. ê) ut,o,.1 = v(uo.) = 56,29 V

Exereice 6.2 I Sinusoidale

f)

h) 41,34 V

¡)

¡)

ms

45,eó V 95,99 W

2a)3óms

4 40 kHz

bl27,78Hz

üf=ZOms,f=S0Hz

t

/,ruo., = -ó1,08 V

g)ósv

p Rour produire une tension (et un courant) de fréquence constante.

St6,6t

46,28W

h) ¿o ms

-ó ms = -ó0" d! 4 est en retard de phase par rapport à Vr. e)

ó fois

e) % (s,.) = % t.or = -:10,75 V, V, t,,n.1 =

f)

Exencice 6.3 1â)

60.

e = 8o'og

Vz(eo)

= 5ó,ó V

v

Période

b) Alternance

c) Moyenne d) Valeur crête e) Oscilloscope

f)

Efficace

8)

%.n-.

Vr = 1Oo,O4 V

h) watt

i)

i)

Amplitude tnduction

l)

Résistive Négative

kl

tr 226,4v h) 100,04 v

i) ov t

mlContinue

n) rréquence

396

Gornigé des exercices

Module

4

Électricité

a) 33,3 Hz b) o ms ou72o c) 4 est en avance de phase par rapport à %

Reproduction interdite

-

@

CEüEA

d)

% ,.0, =

2o,o6v i v,

el27V

f)

= 10,39 V,

y3

(ó0.)

v

V

l)

3ó3,ó4 mA 33,33 Hz

l)

,rro.rà v, t rot-- -8,34V,v, ms ou -30" -2,5

k)

=9

8,48 V

Ër't44 h) 11,4s

i)

tuot

v,rr,u,n., = v

(rro"t=

-2V,

vs

(zto\= -15,59 V

m)y3 est en retard de phase par rapport à %. Vr = 19'09 V n)

72" ve

30"

-

8,48 V

Vs = 12,73 V

ol

par rapport à % est en retard de phase

p) 73,óó mW

4

{R.o = 130 o

27,20

19,23

4ã,52

30,77

4.3,52

?-":!1 i

70,72

60i

I

384,ø2

544,O1

+-

3,46,9ø -+

-$

i fj:? i ?9?'l :::çlY 27,66inA,øiZø,esiøe,z ?:?9 44,9ø

I I I

â44,O1

9.84,62

i

I I

-+I

ê+

S+O,9O

19,23

Exercice 6.5 I a) 100 ms; 10 Hz;25 mV; 17,ó8 V

b) 35 ps; 28,57 kHz;3,8v;2,69v c) 1,9 ms; 526,32H2;1,4 V; 0,989 V d) ó00 Ttsr 1,67 MHz; ó5 mV; 49,49 mV

Note : Ces résultats sont approximatifs et peuvent varier légèrement selon la lecture des courbes

@

CEüEA

-

Reproduction lnterdite

Module

4

Électricité

Corrigå des

exercices 397

2 a) signal avec une

tension de crête de 1V

Volts/Div '. O,5 V

et une fré-

quence de 100 Hz

Time/Div:

1

mø

Nombre de divisions vertlcales

:2 (arête)

Nombre de divisions horizontales : 10

b) Signalavec une tension de crôte de 5 V et une fré-

Volts/Div: 2 Y

quence de 500 Hz

Time/Div'.O,2 mø Nombre de divisions verticales

:2,6 (crête)

Nombre de divisions hor¡zontales : 10

c)

Signal avec une tension efficace de

volts/Div:2v x'lo

35,5 V et une fréquence de 2 KHz

T¡me/Div:5O pe Nombre de divisions vert¡cales

:2,5 (arête)

Nombre de divisions horlzontales: lO

d) Signalavec une

/

tension de crête de 70 V et une

/

\

\

/ I

I

fréquence de

25KHz

Nombre de divisions verticales

\

1a'|94,25

Time/Div: 5 ¡rø

:3,5 (crête)

I

\

Exercice

Volts/Div:2V x10

I

Nombre de divisions horizontales : å

7.1

o

þ) 105,32 c¿

cl

3gA

1,97 A

Gonrigé des exercices

Module

4

Électricité

Reproduction interdlte

-

@

CEüFA

f)

d)

la=20,21 mA

E=95V

Vr=1O6,14V

E=2OÐV

L=95m4 l"=97,13mA l"=1,97

A

Ve=92,Ò2V

e) 90'

f)

ó3,s0"

g;l2,27 A

?at 24,72a b) ó5,58 mH

gl77,99"

cl

2a) 330V br 27,22 A c)

E=347

Ir=22¿'

E=33OV

Vu=296'64v

V

Ir=27,22 A

I"=35 A -_->

l"= 12 A

v*=

laov d) 32,1ó mH e) 51,06'

d) 58,75'

Exercice 7.2 1a) t t

Ir=2,25 A

lr.= 1ê A

c, 26,57"

2a, 1,12ko

l,=4Ø9'25mA

=9OV

122,31

aussi une bobine et une résistance. par contre, l'influence du condensateur est majoritaire (il consomme un courant plus élevé) par rapport à celle de la bobine, d'où l'appellation (part¡ellement capacit¡f)).

V

Vz=4O9'25V

ïal7,73 A þ)

lc=3,o84 V"-

Vr=

244,65V

Ez12V

Ir=6 A

E-547V

lr-

Vc=566'94v

lr= Q,$$

fi

l,=7,73 A

Exercice 8.2

I a) 3,0e A b)

lr= 7'96 A

lr=75omA l*=3

E=15V

A

cl

sa tension.

Ir- l"=7$Q ¡nfi

l"=5,o9 A

Le courant de source est en retard sur

dr 39,12 e) ll est partiellement inductil car le courant total est déphasé arr¡ère (en retard).

t'l

lt.= 1,5 A

7,73 A

e, 14,04 d',14,04

el

4OA

4,85 O

Gorrigé des exencices

Module

4

Électricité

Reproduction interdlte

-

@

CE|/EA

l"=644

b)

s) l"=7,95 A

lr-

Ir=

4!

þ,

l"=69'0?A l"=7,73 A

Ir- lr=4,87 A

E=12V

er 12A ül78,22o/o

êl 79,6

le=6 A

\=5,Ot

f)

A

o/o

54A

537,44m4

0a) h)

Le courant de source est en avance sur sa tension.

530V

¡)

39,0ó"

¡l

ll est partiellement capacitif, car le courant total est déphasé avant (en avance).

Exercice 8,3 1a)

/^

cl

-

8r=4kVAr P=3,6kW

= 335,41 mA

8r- 8r=

lc=537,44m4

E=6OOV

1 kVAr

Q= 5 kVAr

\l"=355,41

96,26 7o (inductif) ó,23 A 9ó,35 O

E=33OV

Ia=275m4

9=3,74kV\

d) e)

l

4,32yF

d)

b)

c,

1,2H

275 mA; lr=729,46 rTìAi 983,88 ç)

b)

3,74 kvA

L=

R

1,zk{l

60Hz

lr=192,OZmA

mA

la) t rw

b) 200 VAr (inductif)

c)

1,02 kW

d) 98,0ó % e) lnductil car la puissance réactive la plus élevée est celle de la bobine (Q,).

f)

200VAr

Ir=729A6m4 el

f)

3a) s0A

g)

b)80% c) 10,11 kVAr et 74,51 ¡tF dr 42,11A

P = 90,75

hl 81,99

il

W; Qt= 63,37 VAr; S = 110,ó9 VA

34,93" 335,41 mA o/o

Q. (à ajouter) = 33,54 VAri C (à ajouter) = 0,81ó pF

4 3,58 kvA 5

@

a) Circuit

CEüEA

-

RLC parallèle

partiellement inductif

ReProductlon interdite

Module

4

Électricité

Gorrigå des

exercices 4CJ3

Exercice 4.1 1a) /:V=Rx t-t=I b)

lB : /

c) %, : r, =#.+ d) F : xc = Z

el

tr=#T

,= þxl"+1"=(B+1)t"-

R:Z=

Vrr+ trxRr+4r= %,

/, xR, = Vrr-

x*FVe

+ 2nFC =

+;

-, = #S

¡F +Íj - 22 = R2 + X! + R2 = 7 - Xl -

f) c: FR =

2x#m-

Ël v, :, r-

W

lLxc

=+,+

n=

Lxc

+ l rR, = v1- 2v2+ 2vr= v1 -

rfV

-Ì!

=(#)r I

2R 3

1c

=

4#l

* vr- ry

2

'ls2 H"

A

234

E

10

96

20.

G

F

50'

DO

c

B

A=3,420

B=

E= 49,7b3

F

9,397

C=

69,714

D

G=268,663

=3O,13,6

= 45,45

H=60,67

3

al

2000

c¿

=

þ) 0,00004 A =

c)

o,oo2Md¿

2kQ

O,O4 mA

40 ¡tA

k) l)

4O4

2,347 x 105

fi

=

0,9438

mA

2ô4,7 kç¿

94.ã,ô

1tA

234,7

kd¿

ou O,2347 M{2

400 kW =

400000w

400 kw lrl) au O,4 mW

d) 0,23ó mV =

236

yV

236 yV ou 0,236 mV

e) 0,09ó3 A =

963AO pA

96,3 mA

f) gl

9,438x10'aA=

0,931 mA =

n) 23756ç¿= o) 2,348x10-2A= p) 0,008 ó mw = q) 0,925 mW -

20000 Q =

20

k{¿

2A kç2

34,72mV =

o,o3472V

34,72 mV

h)

0,004s A =

45oO yA

4,5 mA

r)

7,864x

¡)

2,34x1010W-

23,4GW

23,4GW

71

i)

s)

0,0e07v=

9O,7 mV

9O,7 mV

t)

0,009 352 A =

Gonrigé des exercices

Module

4

Électricité

o,ooo951A

'107 C)

005w=

=

0,9.51mA ou 9.Þ1 1tA

O,O25756Mç2

23,766

23,48 mA

8,6 x1O'6

kç>

23,48 mA

kW

B,61tW

o,ooo925w

O,925 mW ou 925 yW

7b,64MA

74,64M{¿

7'IOOSOOO mV'l

71,OO5 kW

93621tA

9,â52 mA

Reproductlon interdite

-

@

CEüIEA

Exercice 4.2 1a) R=+ b,

"t

t--

{F

n=fr

d,

L=#

el

VeE=%B-RB/B

f)

c=

W 1

lr-

El þ= h)

/E=

i,

z=

lu

lB Ycc

-

YcE

- Rc >(L

R-

+

ffi

22 =

##;, *

z2(k2

+ a')=

22 (R2 +

xþ

= R' x:

-

R2

(x!

-

z2l -- 22

x!

*

R=

ffi

ll R,=ã.+ Rl z =

ffi

+

9k2

-

k2 (g

- z2l =

22

ã+k=

JÆ

r) b=ft(fa.ro) zat

x=dfu=#=l+

þ)x=ffi--m=#

ctx=lffi=^l#=JÆ=^lÆouh d) x=

lffi=^|ffi=JT=,:TI

ou2,tt

3

236

A

c

4A

370 B

@

CEüEA

-

Reoroductlon lnterdite

DO

A=79'769

B=66'696

C=164,727

D

=44,27

169

Module

4

Électricité

Gorrigé des

exercices 4Aá

4

a) ó00 V + 3,3 kC) = b) 735 kV x12 A= c) 20kOx55kQ+75kO= d) 120Qx0,5 mA= e) 3pFx27¡tF+30pF= f) 133 ko + 1,72 Mdù =

o,1b1ø2 A

O,1ø2 A ou181,82 mA

8,82x106W ou øø2OOOOW

b,Ð2 MW

14666,67 {2

14,667 kç2

0,06v

4CJ6

0,0347 fitÇl x

Gornigó des exercices

rc

x2=

Module

mV

2,7 x1O'6 F ou O,OOOOOZT F

27 yF

1ø5êOOO {¿

1,953 Mç)

18650W

1g,66kW

t) 25 Hp x 746W/Hp = h) 67 pF x 133 qF + 0,33 ¡rF = l) 358MW+53A= i)

60

2,7 x

10-11 F

27,OO pF

6754712,9ø1V

6,756MV

O,AAO21O27 dl ou 2,1b x1O-a dl

O,21O md) ou 218,0ô ¡tdl

4

Électric¡té

Reproducflon tnterdtte

-

@

CEüEA

Aide-rnérttoi ne expl.C!=ts ElÉnrumoils Circuit parallèle : circuit électrique dont les charges

Alimentation : voir Source. Alternateur : appareil qui produit un courant électrique alternàtif (c.a.) de forme sinusoïdale' Son principe de fonctionnement rePose sur I'induction électromagnétique (synonyme :

sont racêordées en parallèle et sont, par conséquent, soumises àlala même tension électrique.

Circuit réactif : circuit composé d'une ou de

génératrice c.a.)

plusieurs charges inductives ou capacitives (voir ^Circuit RC, Circuit RL et Circuit RLC).

Ampère (Ð : unite de mesure du courant

Circuit RC: circuit réactif composé

de charges

capacitives (condensateurs) et résistives

électrique.

Ampèremètre : appareil utilisé pour mesurer le c&rrant dans ufcircuit. Il se branche en série dans le circuit. Batterie: assemblage d'au moins deux piles qui produit un courant continu.

(résistances). de charges (résistances)' inductives (bobines) et résistives

Circuit RL: circuit réactif composé

les trois types de charges, résistive, inductive et capacitive'

Circuit RLC : circuit réactif associant

Bobine : dispositif constitué d'un fil conducteur enroulé plusieurs fois autour d'un noyau de matériau ferromagnétique ou non. La bobine se caractérise par son inductance (synonymes: bobine self, inductance).

Circuit résistif : circuit composé uniquement

Boucle: voir Maille.

électrique.

Capacité (C) : propriété des condensateurs à sbiposer à toute vãriation de la tension électrique' El[e se mesure en farads (F).

Commutateur: dispositif de commande manuel qui sert à modifier les connexions internes d'un circuit (synonyme : sélecteur). Composant : constituant élémentaire d'un circuit

Champ magnétique: influence magnétique-. . d'un aimanidans l'espace. Il se représente à I'aide de lignes de force. Charge : composant qui utilise l'énergie électrique fouinie par la source pour la transformer en chaleul en lumière ou en un travail mécanique.

Circuit électrique: série d'éléments (source

de

tension, dispositiß de protection, dispositifs de commanãe, charges, etc.) reliés par des conducteurs.

Circuit fermé : circuit qui permet la circulation du courant électrique.

Circuit mixte : circuit dont certaines charges sont reliées en série et d'autres en parallèle.

Circuit ouvert : circuit discontinu; dans l'état ouvert, un circuit ne permet pas la circulation

de composants résistants (résistances). les éléments et sont, autres des la suite à uns les raccordés sont courant par le même par conséquent, traversés

Circuit série : circuit électrique dont

électrique.

Condensateur : comPosant électrique constitué de deux plaques conductrices séparées Par un isolant e[ qui emmagasine l'énergie électrique sous forme de tension (voir Capacité). Conducteur (composant) : fils et câbles qui assurent le transport du courant dans un circuit électrique, en reliant les composants les uns aux autres.

Conducteur (matériau) : matériau qui permet le passage du courant électrique. Contact : interrupteur incorporé dans certains dispositifs ou composants électriques. Courant : déplacement ordonné d' électrons libres d'un atome à I'autre dans un conducteur.

du courant électrique (résistance infinie).

@

CEIFA -

ReÞroduction lnterdite

Module

4

Électricité

Aide-mémoirê

exprcss 4A7

Courant alternatif (c.a.) : courant électrique dont l'intensité oscille régulièrement d'un ,.rrã I'autre en fonction du temps (oscillation sinusoidale).

fusible : dispositif de protection qui provoque lbuverture du circuit en cas de suicharge dð courant. Impédance (Z) : opposition totale au passage du courant alternatif (c.a.) dans un circuit. Éile s'exprime en ohms (Q).

Courant continu (c.c) : courant électrique dont le sens et I'intensité demeurent constants au cours du temps.

Inductance (I) : propriété des bobines à sbpposer à toute variation de I'intensité du courant éleðtrique qui les traverse. Elle se mesure en henrys (H).

Courant nominal: courant maximal que peut supporter ux composant ou dispositif électrique sans échauffement anormal.

Induction électromagnétique : interactions entre

Courant pulsatif : courant électrique dont l'intensité change périodiquement mais dont

le.champ ma-gnétique et le courant électrique à la base du fonctionnement des alternateurs,

le sens demeure constant.

des moteurs et des transformateurs.

Court-circuit : connexion accidentelle entre deux

Intensité (1) : quantité d'électrons qui circulent dans un conducteur pendant un temps donné. Elle se mesure en ampères (Ð (synonyme: courant).

Déphasage (0): décalage entre deux ondes sinusoïdales de même fréquence, par exemple entre la tension et le courant d'unìircuit à õourant alternatif, Il se mesure en temps ou en degrés.

Interrupteur: dispositif de commande manuel qui permet dbuvrir et de fermer un circuit

points d'un circuit électrique conduisant à une résistance nulle.

électrique.

Isolant : matériau qui ne laisse pas passer le courant électrique (iynonyme : äiéläctrique).

Dérivation: branche d'un circuit parallèle alimentant les charges.

Diode : composant électronique laissant passer le courant dans un seul sens.

dälimentation: ligne de transport de l'électricité directement reliée à la iource de tension.

Disjoncteur: dispositif

Maille:

!iql"

de protection qui ouvre automatiquement le circuit si l'intensité du courant qui le traverse dépasse la valeur admissible.

ensemble de branches d'un réseau électrique constituant une boucle fermée (complète).

Mise à la terre : fil reliant les boîtiers métalliques des installations électriques au sol (synonyme: fil de continuité des masses).

Électricité statique : accumulation de charges électriques sur un objet ou une partie d un õb¡et, généralement obtenue par frottement.

Næud : point de jonction auquel sont raccordés au moins trois conducteurs.

Électroaimant: bobine de fil conducteur monté autour d'un noyau ferromagnétique (généralement du fer doux). Compãsant majeur des alternateurs, moteurs et relais.

Ohm: unité de mesure de la résistance, symbolisée par lalettre grecque Ç1.

Electron : particule atomique élémentaire

Ohmmètre: appareil utilisé pour mesurer la valeur de la résistance d'un cõmposant. Il se branche en parallèle du composãnt, hors circuit.

chargée négativement dont les mouvements sont à

lbrigine du courant électrique.

Facteur de puissance (FP) : rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente d'un circuit à courant alternatif. Il s'exprime sans unité ou en pourcentage (7o). Force électromotrice (f.é.m.) : tension produite par une pile ou induite par un alternatzur. Fréquence (fl : nombre de cycles complets effectués par une onde sinusoidale en une secoñde.

4AA

Aide-mómoire express

Module

4

Onde sinusoïdale : représentation graphique de la tension ou du courant alternaiif au cours

du temps.

Oscilloscope: appareil de mesure permettant de visualiser les courbes de la tension en fonction du temps. Il se branche en parallèle comme un voltmètre.

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CE//EA

Période (7) : temps requis pour qu'une onde sinusoidale puissê compléter un cycle. Elle se mesure en secondes (s).

Relais de surcharge thermique (RST) : dispositif qui sert à protéger spécifiquement les moteurs contre leshausses soutenues de courant.

Pile : dispositif qui génère un courant continu à partir d'une réaction chimique entre deux élãctrodes (synonymes : élément électrochimique, cellule électrochimique).

Résistance (élément) : dispositif spécialement conçu pour sbpposer au passage du courant'

Pince ampèremétrique: appareil de mesure permettañt de mesurer I'intensité de courants élevés sans ouvrir le circuit.

Sectionneur: dispositif de protection qui permet d'isoler une branche d'un circuit (synonyme: coupe-circuit).

Plaque d'essai : plaque standardisée qui permet de rêa[ser le montage de circuits électriques (synonymes: plaquðtte de montage, planche d'essai)'

Sélecteur : voir Commutateur.

Potentiomètre : Résistance variable, ajustable

pôle négatif (invèrse du sens électronique)'

manuellement. La valeur de sa résistance totale est comprise entre ses bornes externes. Puissance (P) : quantité d'énergie pouvant être fournie ou cõnsommée par un élément par unité de temps. Le symbole pour représenter la puissance électrique est la lettre en italique P et ion unité de mesure est le watt (W). Puissance apparente (S) : puissance,totale fournie pur iJsoot e pour iatisfaire- lþnsemble des charges d'un circuit à courant alternatif' Elle se mesurè en voltamPères (VA). Puissance réactive (Q) : puissance échangée entre la source et les charges réactives (bobines, condensateurs) d'un circuit à courant alternatif' Elle se mesure en voltampères réactiß (VAr)'

Puissance réelle (P) : puissance réellement consommée par les charges résistives (résistances) d'un circuit álternatif et transformée en chaleur' Elle se mesure en watts (W) (synonymes : puissance active, Puissance). Réactance capacitive (X.) : propriétéd un condensateur à sbpposer au passage du courant alternatif. Représeniée par le symbole X", elle s'exprime en ohms (Çl). Réactance inductive (X,) : propriété d une bobine à sbpposer au Passage dü courant alternatif' Elle s'exprime en ohms (Ç)).

Résistance (propriété) (R) : opposition au passage du courant électlique. Elle se mesure en ohms'

conventionnel: sens du courant dans un circuit allant du pôle positif de la source vers son

Sens

Sens électronique: sens du déplacement réel des électrons dâns les conducteurs allant du pôle négatif de la source vers son pôle positif (inverse

du'sens conventionnel).

Solénoïde : voir Bobine. Source : dispositif capable de fournir une alimentation électrique (tension).

Tension : différence de potentiel entre deux points d'un circuit électrique. Tension nominale : tension maximale que peut supporter un composant ou dispositif électrique'

Transformateur : dispositif électrique, généralement constitué de deuxbobines, qui lermet de transformer la tension ou I'intensité du courant alternatif. Volt (V) : unité de mesure de la tension. Voltmètre : appareil utilisé pour mesurer une différence de þ-otentiel (tension) entrg d9y1 points dîn circuit. Il se branche en parallèle à I'élément à mesurer.

Watt (W) : unité de mesure

de la puissance

électrique ou réelle.

Wattmètre : appareil utilisé pour mesurer la puissance électrlque consommée Par une charge óu fournie par une source de tension.

Relais: dispositif de commande électromagnétique permettant dbuvrir ou de fermer un circuit électrique.

ø

Ctffa - Renroduction interdlte

Module

4

Électricité

Aide-mémoine

expresa 4Og

syrvrnolËs gr uurÉs BF MËsuRË DËs pnnnruÊTnËs Ér-sctRrours capacité

(C)

farad (F)

Déphasage (0)

Temps (s)ou degré (")

Fréquence (fl

Hertz (Hz)

tmpédance (Z)

lnductance

(L)

i

henry (H)

--t

lntensité du courant (/)

I

mpère (A)

t

+-"

Puissance (P)

i watt (w)

Puissance apparente (s)

voltampère (VA)

Puissance réactive (Q)

voltampère réactif (VAr)

--+-

Réactance capac¡tive (Xc)

i ohm (o)

Réactance inductive (X.)

(o) I

Résistance

+----*

(R)

i

ohm

I

---1

Tension (Y)

I t I

volt (V)

I

Tens¡on de la source (F)

I I

svn¡eolEs NoRMALlsÉs DEs pnrrucrpAux couposnruTs Bob¡ne,

.m

Condensateur

6U --^æMoteur

ou

inductance

--lF o,

-JÊ-

Lumière

ou

Rés¡srance nAAA Contact

Commutateur ou sélecteur

o-

l(N.o.)----]I

normalement ouvert

FU sible

f\,

fì

I

Contact normalement fermé (N.F.)

lnterrupteur

Disjoncteur

Ampèremètre

Voltmètre

continuité

de

des masses Ohmmètre

Batterie,

accumulateur

41O

-@

ou

I

wattmètre

-J ritiF-

Aide.mémoireexpress

--l

P¡Ie

Module

4

Électricité

+

Source de tension c.a.

Reproduction interdtte

-

ø

Cfflfa

Gooe DE couLEuns ors nÉslsrANcEs Goumun

1t' gn¡uog

2t gnn¡oe

Noir

0

U

Bnun I Rouge I

2

+--

I

1z ----+--------I

o

I?

Jaune

4

,r4

Vent I Bleu I Violet I Gris æ

5

i5

Onange

i

--+

it

Blanc

[ror-Ênaruce)

I

tqggo

Argent

t X

Absente

I

(104)

-

9

9

--+-

--------+

(10.) i -

i r oooooo

i7 8

I

I

-+

+-

10000000

(10')

100000000

(10')

----+

8

+--

(10.)

000

I i tooooo

¡

000000000

(10')

1

(10-1)

0,01

(102)

1

;o rvrl

t2v"

(102) i

iroo

--+

I

On

- ltgll i:11:

l-rq 1

6

(1oo)

1

-----------+

I-

6

--+-

4'enNoe

*5Vo

+----------_-

i

--+

-'+-----------

+10

"/"

I

I

I

t-

I

+20o/o

1 Notez qu'il arrive parfois que la 3e bande soit aussi un chiffre significatif

PnrruclpALEs FoRMULES

Lor o'OnM ET FoRMULES DE LA PulssANcE

ø

Cf//fA -

Renroduction interdite

Module

4

Électricité

Aide-mémoire

express 41 1

Crncu¡rs sÉRl¡ ET pARALIÈI¡ PnnnvÈrREs

i Grncur

-+I I

Counant

eru sÉRle

CrRcur

lr=1,,=lr=ls=...-1,

I

lr=

I

l.+

+-

Tension

\=

Bésistance équivalente [totaleJ

E

=

R,

paRnlGu

lr+ l r+ ... + I,

I

=V.+Vr+Vr+...+Vn

R.o = R,

eru

I

Vr= E =Vr=Vr=Vr= ... =Vn

I

+Rr+R.+... +R,

R.q=R,= 1

(n : nombre de résistances)

1

F; + 4

.u:. .+

(n : nombre de résistances)

Puissance totale

P.=Pr,+(,+P."+...+1, P.

=

Po,

+ P*, +Po,+... +po,

(m : nombre de sources et n : nombre de résistances)

lnductance

= L,+

L.q = L,

équivalente

P,

= P., + P., +

P.

=

Po,

Pr,

*..' * Pr.

+ P^, + P^. *...

*P*,

(m : nombre de sources et n : nombre de résistances)

Lr+ L"+... + L,

L"o= Lr=

(n : nombre de bobines)

+.t.+. .+

(n : nombre de bobines)

Capacité équivalente eq

T

+

+

C.o = C,

_1 'C n

=

C.,+

Cr+Cr+... + C n

(n : nombre de condensateurs)

(n : nombre de condensateurs)

RÉacrnruce PnRn¡v¡Èrnes

Temps de change ou de décharge complet

Béactance

i

F-optutt

Constante de temps en c.c

T

----------+---

L

Con¡oerusATEURs T

R

=RxC

I I

I 5xc

XT

I

I I

I I

Xt=2xnxf xL

1

i"u-^c-ZVnVTic I

GrRcutrs c.A. PnRav¡Èrnes

i Fonvruu

Fréquence

r1 ,T

Tension crête à crête

V"_¿_"= 2

Tension efficace

707

Tension moyenne

412

Aide.mémoireexpness

xVmax

FoRwlurc

Puissance néactive capacitive

Q"= V"x l"

Puissance réactive inductive

Q,-=Vrxl,

Puissance r.éelle

P=Vox/*

Puissance appanente

(cycle)

j Tension instantanée

rVr"^

PaRauÈrRes

v,"r=0,ó3ó x V,"" (demi-cycle) v

1s¡=

V^"^x sin(0 +

Module

Facteur de puissance

/)

4

S=E x/t s = {F+az

i _^ p

-

iÊP=î=cosg

Électricité

Reproduction interdite

-

@

CE//EA

Lisüe des exerrcices Pnaüiques 2

avec l'ampèremètre

2

avec le voltmètre

2

familiarisation avec l'ohmmètre

3

MontaSe de circuits et mesure des résistances équivalentes

I I

-+¡ I I I

I

-+è

4

Mesures dans un circuit série

4

Mesures dans un circuit Parallèle

4

un circuit mixte

4

avec le wattmètre

s

i

Mesure d'ondes sinusoTdales

6

7

i

i ¡

7i

Mesure de circuits RL série Mesure de circuits Rl Parallèle

7 7

Temps de charge et de décharge des condensateurs

I

Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RC série

¡

I

I

-----+-I I

8i I I

Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RLC série

I

@

--+-

Mesure et calcul des valeurs et des puissances d'un circuit RC parallèle

-ù+

8

Mesure et calcul des valeurs d'un circuit RtC Parallèle

8

Correction du facteur de Puissance d'un moteur

CEIFA -

Reoroductlon lnterdlte

I I I

i I

Module

4 Électric¡té

L¡ste des exercices

pratiques 413

414

Liste des exercices

pret¡ques

Module

4

Électricité

Reproducrton int€rdite

-

@

CEüEO

FICHE DE RÉTR

roN - 5295-04

Votre avis est important pour nous. N,hésitez pas à nous faire part de vos observations ou de vos réflexions concernant ce document. Qu'il de matériel s,agisse dlun élément que vous appréciez, d'une coquille à corriger ou d'une suggestion avec vos remarques de sulplementaire à ajouter dans la Médiathèque, nous considérerons chacune vous attention. ll est important d'indiquer vos coordonnées pour nous permettre de communiquer avec en cas de besoin. photocopier certaines Vous pouvez utiliser la présente fiche pour y inscrire vos commentaires, ou encore pages de votre guide pour les commenter en rouge, Si vous jugez bon d'annoter plus largement le grt,d. dans le Oui Oe nous l'expédier, nous serons heureux de vous transmettre un nouvel exemplaire en ietour. Enfin, vous pouvez partager vos observations avec nous par le biais de la Médiathèque, en cliquant sur l'icône Rétroaction. Merci de votre engagement à nos côtés pour favoriser la réussite scolaire

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