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La puissance consommée (rythme de consommation d'énergie)
augmente à la fois avec la tension d'alimentation et avec le courant consommé :
P = U x I
Puissance (W) = Tension (V) * Intensité (A)
Cette relation est importante à la fois :
Lien entre résistance et puissance.
Conséquence : P * R = U*U. Or, la tension vaut 230V donc U*U vaut constamment environ 50 000 V^2.
Donc P * R = 50 000. Quelques exemples :
Exemples : ampoule à filament, grille-pain, radiateur, sèche-cheveux, bouilloire, four, filament du magnétron du micro-ondes.
Souvent un fil de nickel (ou d'un alliage à base de nickel).
Disposition :
Enroulement d'un fil conducteur.
Le passage d'un courant électrique crée un champ magnétique selon l'axe de l'enroulement.
Une pièce en fer doux canalise souvent le champ magnétique.
Utilisation : maintenir ou mettre en mouvement une pièce métallique.
Exemples : grille-pain (maintien de la poignée en bas), électrovanne, pompe, haut-parleur.
Des électroaimants agencés de manière adéquate sur un élément tournant (rotor) et/ou autour de celui-ci (stator) permettent de générer une force rotative (couple) et donc si tout va bien, une rotation.
Principe de base : deux aimants orientés à angle droit ont tendance à s'aligner, ce qui génère un couple entre eux.
Dans un moteur, l'un de ces deux aimants est sur le stator, l'autre sur le rotor. C'est ce qui génère la tendance à la rotation.
L'un au moins des deux aimants est en fait un électroaimant, ce qui permet qu'il soit alimenté uniquement lorsque son orientation par rapport à l'autre est adéquate.
Échauffement : l'intensité du couple (force rotative) résulte de celle du champ magnétique, qui elle-même dépend de l'intensité du courant dans les enroulements. Si le mouvement de rotation du moteur est gêné, il exerce un couple plus grand et consomme de ce fait un courant électrique plus intense. Par conséquent, les enroulements de fil bobiné s'échauffent davantage. La chaleur s'évacue principalement par la surface de l'enroulement grâce à l'air qui circule.
Destruction d'un moteur : lorsque le moteur subit un freinage trop fort et trop long, il s'échauffe trop (davantage de courant et moins d'air qui circule).
Le vernis qui isole les spires successives de l'enroulement brûle alors, et le métal des spires se touche, ce qui raccourcit le trajet du courant, augmente le courant et abaisse la force magnétique, l'ensemble s'emballe. Rapidement, le moteur est hors d'usage.
Bon usage, à diffuser largement : ne jamais forcer sur un moteur (aspirateur, robot mixeur, mixeur plongeur, sèche-cheveux).
Sécurité : l'enroulement extérieur (stator) est parfois muni d'un fusible thermique. Celui-ci coupe le courant (une fois pour toutes) au-delà d'une température déjà jugée élevée afin d'éviter que l'enroulement ne s'échauffe davantage. La réparation consiste à remplacer ce fusible thermique (et à expliquer l'échauffement à la personne propriétaire de l'appareil).
Alimenté par une haute tension, il émet des électrons entre deux aimants permanents. Les électrons adoptent alors une trajectoire en spirale, ce qui génère les micro-ondes souhaitées. Voir : wikipedia.
La haute tension est obtenue le plus souvent à l'aide d'un transformateur, d'une diode et d'un condensateur.
Différents types de voyants existent, qui utilisent du 230V ou de la basse tension.
Les LEDs sont des diodes qui consomment de quelques mA à quelques dizaines de mA, sous typiquement 1.5V à 3V, pour émettre de la lumière.
Petit élément émettant un son lorsqu'alimenté par une tension continue.
Souvent sous forme d'un disque blanc, alimenté par deux fils.
Usage fréquent : bips d'alarme, d'erreur, etc.
Fil conducteur légèrement résistant, qui s'échauffe au passage du courant jusqu'à fondre et se couper au-delà d'un courant précis (exemple : 10A).
Permet de protéger un appareil lorsqu'il se met à consommer un courant anormal.
Le courant seuil choisi dépend de l'appareil protégé. Rappel : Puissance (W) = intensité (A) * tension (V).
Les “fusibles rapides” coupent le plus vite possible : filament à nu, qui évacue mal la chaleur.
Les “fusibles lents” ou “fusibles temporisés” coupent seulement après quelques secondes : le filament est dans une céramique qui conduit et emmagasine la chaleur, et ainsi ralentit l'échauffement du filament.
Fil conducteur fait d'un alliage qui fond au-delà d'une température précise.
Bien sûr ce fusible fondra sous un courant excessif,
mais il fondra aussi lorsqu'il atteint une température trop élevée pour une raison extérieure.
On l'utilise pour assurer une ultime sécurité lorsque les mécanismes réversibles n'ont pas fonctionné.
Point de vigilance : il doit être bien en contact avec la pièce dont il contrôle la température, afin de bien fondre si besoin.
Exemples : radiateur, sèche-cheveux, magnétron de micro-ondes, bouilloire, enroulement statique d'un moteur.
Un fusible à haute tension contient un ressort, dans la continuité du filament, qui assure un écartement important des deux bornes lorsque le filament est fondu. Cet écartement évite la formation d'étincelles même en présence de haute tension.
Exemple : four à micro-ondes.
Résistance de protection, qui se place en amont et en parallèle du coeur de l'appareil. De valeur très élevée, elle ne perturbe pas le fonctionnement de l'appareil. Si l'appareil est soumis à une surtension, la varistance subit des avalanches internes qui abaissent considérablement sa valeur : un courant important passe par la varistance et fait disjoncter l'installation, protègeant ainsi l'appareil.
Voir aussi : RCP la varistance.
Une tige plastique fond au-delà d'une certaine température. Montée sur un ressort, le déplacement coupe alors un contact de sécurité et protège l'appareil.
Exemples : certaines bouilloires, certains fers à repasser.
Ne pas consommer d'énergie (ne pas chauffer, ne pas se détériorer).
Par action manuelle, séparation d'un contact (quelques photos), voir aussi Repair Académie : interrupteur
Interrupteur commandé par un électro-aimant.
Lire aussi site RCP relais,
wikipedia le relais électro-mécanique.
Forme habituelle : boîtier parallélépipédique. Deux (ou trois) cosses prévues pour un fort courant. Deux fils d'alimentation de la bobine (faible courant).
Le triac comporte deux anodes entre lesquelles peut passer un gros courant lorsque le composant est dans l'état passant.
Une fois enclenché (par une impulsion de commande) le triac reste passant tant que le courant n'est pas trop petit. Ainsi, on peut le déclencher plus ou moins tard au cours de l'alternance de la tension, et il restera passant jusqu'au prochain zéro de la tension. Cela permet d'utiliser seulement une partie de l'alternance et de réduire ainsi la puissance transmise. Le triac est symétrique entre ses deux anodes : on peut le déclencher de même pendant l'autre alternance.
Par exemple : variateur de puissance d'un aspirateur, dimmer d'éclairage LED, gradateur de lumière d'une lampe halogène.
Pour en savoir plus :
site RCP le triac,
wikipedia le triac.
Permet de commuter de fortes intensités avec un faible signal de tension.
Exemples : plaques à induction,…
Lire aussi : site RCP le transistor IGBT (et comment le tester à l'aide d'un simple multimètre, pour peu toutefois qu'il délivre une tension suffisante) - wikipedia transistor bipolaire à grille isolée.
Un bilame est une lame métallique assez épaisse et rigide, constituée en réalité de deux lames de métaux différents. Cet élément fléchit spontanément lorsque la température varie. En effet, les deux métaux se dilatent différemment en fonction de la température, et leur connexion mécanique donne lieu à des contraintes internes qui occasionnent la flexion.
Système similaire : les écailles de pomme de pin (actionnées par l'humidité).
Pour en savoir plus : wikipedia.
Un bilame actionne un interrupteur (avec bistable mécanique).
Exemples : four, radiateur, bouilloire, magnétron du micro-ondes, sèche-cheveux.
Un bilame actionne un interrupteur (avec bistable mécanique). Le seuil de bascule est réglé par le bouton.
Exemples : radiateur, four, fer à repasser.
Dispositif à ressort ou à moteur avec démultiplication mécanique, qui in fine actionne un interrupteur et coupe le courant.
Circuit électronique (basse tension) qui in fine coupe le courant dans le circuit d'intérêt (via un relais ou un triac par exemple).
Résistance dont la valeur varie avec la température, certaines en décroissant (CTN, coefficient de température négatif), certaines en augmentant (CTP, coefficient de température positif).
Voir aussi : RCP la thermistance.
La chute de tension d'une diode, dans le sens passant, varie en fonction de la température. Certaines sont utilisées comme capteur.
Une surface métallique seule (souvent un carton métallisé) constitue un condensateur de faible valeur. Le fait d'approcher notre main suffit à modifier la valeur de ce condensateur. Un circuit électronique peut alors détecter cette présence.
Exemple : sèche-cheveux nécessitant la prise en main.
Variante : le fait de toucher le conducteur modifie également la capacité du condensateur. Exemple : lampe de chevet commandée par contact.
Exemple : balances (cuisine, pèse-personne).
Principe : lorsqu'il subit une déformation élastique, un cristal piezzo-électrique génère une (faible) tension. Ce signal est amplifié par l'appareil. Une balance présente souvent quatre piezzos. Les valeurs sont ajoutées par un micro-contrôleur pour calculer la force totale.
Le transformateur est constitué des éléments suivants :
Utilisation d'un transformateur classique :
Utilisation d'un transformateur haute fréquence :
Principe :
Utilisation :
Le condensateur se comporte comme une petite batterie : il stocke des charges électriques.
Analogue à un réservoir d'eau. Le niveau de l'eau et donc la pression (analogue à la tension) monte à un rythme qui dépend du débit d'entrée (analogue à l'intensité) et de la surface de base du réservoir (analogue à la capacité du condensateur).
Électrolytiques : attention sens unique.
Caractéristiques :
Permet de lisser en partie la tension issue d'un redressement.
La tension obtenue est proche de la tension de crête.
Valeurs typiques : plusieurs centaines de microFarad
Ce type de diode, utilisée en sens inverse, devient passante à une tension choisie.
Cette propriété est utilisée pour réguler une tension.
Le reste du circuit doit garantir que l'intensité circulant dans la diode n'est pas trop forte.
Lire aussi : site RCP, la diode Zener.
Utilisé en série avec un élément utile, il permet de délivrer un courant faible.
Fonctionnement : à chaque alternance, le condensateur se charge dans un sens ou dans l'autre à travers l'élément utile.
Ce passage de charges constitue en moyenne un courant dans l'élément utile.
En électronique basse tension, la résistance permet d'ajuster les intensités et les tensions nécessaires au fonctionnement souhaité des autres composants.
Loi d'Ohm : U = R * I, tension (V) = résistance (Ohm) * intensité (A).
Les résistances ont habituellement deux bornes.
Le potentiomètre est une résistance le long de laquelle on peut déplacer manuellement un curseur (troisième borne), de manière à ce que la résistance totale soit répartie de maniière variable en deux valeurs complémentaires.
Les potentiomètres rotatifs sont les plus courants. La résistance totale est constituée d'une piste de carbone en forme de fer à cheval, les deux bornes fixes du potentiomètre sont raccordées aux extrémités du fer à cheval tandis que le curseur tourne d'un bout à l'autre autour de l'axe du fer à cheval.
Utilisation : nombreux boutons à effet progressif (volume, luminosité).
Pour en savoir plus : RCP le potentiomètre.
C'est le plus ancien transistor en semi-conducteur (donc après les tubes à vide).
Il permet une amplification linéaire d'un courant :
Pour en savoir plus : RCP composants, wikipedia transistor bipolaire.
Circuits complets gravés sur une puce, logé dans un boîtier noir avec de nombreuses pattes.
Circuits simples : régulation, portes logiques, timers, amplificateurs opérationnels, opto-coupleurs.
Circuits complexes : horloges, micro-contrôleurs, processeurs.
Site de l'association Repair Café Paris : https://academie.repaircafeparis.fr/index.php/comprendre/composants.
Jean Boyer, Réparez vous-mêmes vos appareils électroniques, Eyrolles 2e édition 2019.
etc.
Document de l'équipe Repair Café Paris 5e (https://rcp5.ouvaton.org)
réutilisable sous la licence cc-by-sa.