| Les deux révisions précédentesRévision précédenteProchaine révision | Révision précédente |
| formation:documentation:alimentations [2024/04/23 12:19] – [Les transformateurs électriques (parfaits)] sylvainf | formation:documentation:alimentations [2024/04/23 12:40] (Version actuelle) – [Rappel sur le courant alternatif] sylvainf |
|---|
| |
| Par la suite, nous allons faire un petit tout d'horizon, non exhaustif, des différentes alimentations en tension continue et alternative sans entrer trop dans leur fonctionnement précis ce qui serait trop long dans un premier temps. | Par la suite, nous allons faire un petit tout d'horizon, non exhaustif, des différentes alimentations en tension continue et alternative sans entrer trop dans leur fonctionnement précis ce qui serait trop long dans un premier temps. |
| | |
| | ---- |
| |
| ===== Les alimentations en tension continue ===== | ===== Les alimentations en tension continue ===== |
| |
| Enfin la Rolls-Royce des générateurs de tensions continues sont les alimentations de laboratoire. Ces dernières sont dite "de laboratoire" car ce n'est pas le grand public qui les utilisent mais les scientifiques ou ingénieurs ou les bricoleurs avancés. Ces alimentations peuvent fournir une tension à la demande entre 0V et une tension maximale qui peut être 30 V ou 80 V en fonction du prix que vous mettez. De plus, elle peuvent délivré pour n'importe quelle tension une intensité allant jusqu'à 5 ou 10 A, toujours en fonction du prix de vous mettez. Ainsi une alimentation qui au maximum peut vous délivrer 30 V et 5 A coûtera bien moins cher qu'une alimentation pouvant fournir du 80 V à 15 A par exemple. L'intérêt de ces alimentations est de pouvoir alimenté à peu près tout les appareils électrique fonctionnant avec une tension constante. De plus, il est possible de limiter l'intensité. Par exemple, on peut choisir de demander du 10 V avec un courant maximal de 1 A alors que l'alimentation pourrait aller jusqu'à 5 A. Cette propriétés sert à ne pas endommager les circuits. En effet, on le revera plus tard plus en détail mais beaucoup de courant signifie beaucoup de puissance injecté dans l'appareil électronique et cela peut lui être préjuduciable. En résumé, ces alimentations sont des outils de travail pour le bricoleur/réparateur averti. | Enfin la Rolls-Royce des générateurs de tensions continues sont les alimentations de laboratoire. Ces dernières sont dite "de laboratoire" car ce n'est pas le grand public qui les utilisent mais les scientifiques ou ingénieurs ou les bricoleurs avancés. Ces alimentations peuvent fournir une tension à la demande entre 0V et une tension maximale qui peut être 30 V ou 80 V en fonction du prix que vous mettez. De plus, elle peuvent délivré pour n'importe quelle tension une intensité allant jusqu'à 5 ou 10 A, toujours en fonction du prix de vous mettez. Ainsi une alimentation qui au maximum peut vous délivrer 30 V et 5 A coûtera bien moins cher qu'une alimentation pouvant fournir du 80 V à 15 A par exemple. L'intérêt de ces alimentations est de pouvoir alimenté à peu près tout les appareils électrique fonctionnant avec une tension constante. De plus, il est possible de limiter l'intensité. Par exemple, on peut choisir de demander du 10 V avec un courant maximal de 1 A alors que l'alimentation pourrait aller jusqu'à 5 A. Cette propriétés sert à ne pas endommager les circuits. En effet, on le revera plus tard plus en détail mais beaucoup de courant signifie beaucoup de puissance injecté dans l'appareil électronique et cela peut lui être préjuduciable. En résumé, ces alimentations sont des outils de travail pour le bricoleur/réparateur averti. |
| | |
| | ---- |
| |
| ===== Les alimentations en tension alternative ===== | ===== Les alimentations en tension alternative ===== |
| Pour une résistance branchée sur le secteur, elle voit une tension changer de 325 V à -325 V donc un courant aller tantôt vers la gauche et tantôt vers la droite. Cependant, pour la résistance que le courant aille d'un côté ou d'un autre, cela ne change pas qu'elle va chauffer. En moyenne, elle chauffera de la même manière que si elle était alimenté en 230 V continu. On dit alors que la tension des prises du secteur est de 230 V **efficace** car elle est équivalente en puissance à une tension de 230 V continu bien qu'elle soit alternative de 325 V à -325 V. | Pour une résistance branchée sur le secteur, elle voit une tension changer de 325 V à -325 V donc un courant aller tantôt vers la gauche et tantôt vers la droite. Cependant, pour la résistance que le courant aille d'un côté ou d'un autre, cela ne change pas qu'elle va chauffer. En moyenne, elle chauffera de la même manière que si elle était alimenté en 230 V continu. On dit alors que la tension des prises du secteur est de 230 V **efficace** car elle est équivalente en puissance à une tension de 230 V continu bien qu'elle soit alternative de 325 V à -325 V. |
| |
| | Pour plus de détail voir : [[formation:documentation:courant-alternatif | courant alternatif]]. |
| |
| |
| ==== Les transformateurs électriques (parfaits) ==== | ==== Les transformateurs électriques (parfaits) ==== |
| |
| === Perte d'énergie dans les câbles === | === Problème 1 : Perte d'énergie dans les câbles === |
| |
| Au niveau d'un pays comme la France, votre maison peut être à quelques km de l'endroit où est généré la tension alternative dans une centrale électrique. C'est un peu comme si vous utilisez un appareil électrique avec des piles mais que vos piles étaient à 2 km reliées à votre appareil par des longs fils. Cela ne semble pas pratique pour les piles mais on ne peut pas mettre des centrales nucléaires proche de chaque maison ou appartement. La conséquence est qu'il faut des longs fils pour transporter le courant électrique depuis la centrale électrique aux foyers ou entreprises française. On se dit qu'il suffit juste de mettre des fils et l'affaire est réglée. Cependant dans ces fils, il circule un courant assez élevé car il s'agit du courant partant de la centrale pour aller fournir de l'électricité à des milliers de français. L'intensité dans ce cas requis est certainement de plusieurs milliers d'Ampère. Cependant, nous avons vu qu'un fil réel n'a pas une résistance nulle. Donc le fil va se mettre à chauffer suivant l'effet Joule RI^2. Supposons un fil de cuivre d'un gros diamètre de 10 cm et d'une longueur de 10 km. Sa résistance est alors de 22 mOHM. Pour un millier d'Ampère cela revient à 22*10^-3*1000*1000 = 22 000 Watt. De plus, la tension du fil ne sera pas nulle U = RI = 22*10^-3*1000 = 22 V. Ainsi chez vous au lieu d'avoir du 230 V vous n'auriez que du 230-22 = 208 V. Ainsi vous consommeriez une puissance de 208*1000 = 208 000 W et 22 000 W serait perdue dans les câble électrique donc plus de 10 %. Cela n'est pas envisageable de plus trop de chaleur dissipé risque de faire fondre les câbles. | Au niveau d'un pays comme la France, votre maison peut être à quelques km de l'endroit où est généré la tension alternative dans une centrale électrique. C'est un peu comme si vous utilisez un appareil électrique avec des piles mais que vos piles étaient à 2 km reliées à votre appareil par des longs fils. Cela ne semble pas pratique pour les piles mais on ne peut pas mettre des centrales nucléaires proche de chaque maison ou appartement. La conséquence est qu'il faut des longs fils pour transporter le courant électrique depuis la centrale électrique aux foyers ou entreprises française. On se dit qu'il suffit juste de mettre des fils et l'affaire est réglée. Cependant dans ces fils, il circule un courant assez élevé car il s'agit du courant partant de la centrale pour aller fournir de l'électricité à des milliers de français. L'intensité dans ce cas requis est certainement de plusieurs milliers d'Ampère. Cependant, nous avons vu qu'un fil réel n'a pas une résistance nulle. Donc le fil va se mettre à chauffer suivant l'effet Joule RI^2. Supposons un fil de cuivre d'un gros diamètre de 10 cm et d'une longueur de 10 km. Sa résistance est alors de 22 mOHM. Pour un millier d'Ampère cela revient à 22*10^-3*1000*1000 = 22 000 Watt. De plus, la tension du fil ne sera pas nulle U = RI = 22*10^-3*1000 = 22 V. Ainsi chez vous au lieu d'avoir du 230 V vous n'auriez que du 230-22 = 208 V. Ainsi vous consommeriez une puissance de 208*1000 = 208 000 W et 22 000 W serait perdue dans les câble électrique donc plus de 10 %. Cela n'est pas envisageable de plus trop de chaleur dissipé risque de faire fondre les câbles. |
| La solution est alors de faire des lignes à hautes-tensions, plus de 1000 fois la tension de votre foyer à 230 V. Si vous multipliez par 1000 la tension vous pouvez divisez par 1000 l'intensité pour faire voyager la même puissance. Dans ce cas, il n'y aurait plus que 1 A dans vos lignes électriques et le problème serait résolu. L'idée est la bonne et elle est massivement utilisé pour transporter de l'électricité. Cependant il reste un problème, comment convertir une tension en une autre ? | La solution est alors de faire des lignes à hautes-tensions, plus de 1000 fois la tension de votre foyer à 230 V. Si vous multipliez par 1000 la tension vous pouvez divisez par 1000 l'intensité pour faire voyager la même puissance. Dans ce cas, il n'y aurait plus que 1 A dans vos lignes électriques et le problème serait résolu. L'idée est la bonne et elle est massivement utilisé pour transporter de l'électricité. Cependant il reste un problème, comment convertir une tension en une autre ? |
| |
| === Appareils électriques branché sur secteur === | === Problème 2 : Appareils de basse tension branché sur secteur === |
| |
| Dans une maison, le plus simple pour avoir accès à une alimentation est une prise électrique. Elle fournit du 230 V efficace 50 Hz avec une puissance pouvant aller à plusieurs kW. En conséquence, bon nombre d'appareil électrique pour fonctionner se branche sur le secteur. Cependant ces appareils parfois fonctionne non pas en 230 V AC mais en basse tension DC 6/12/24 V assez fréquemment. Il faut trouver une moyen de convertir cette tension alternative de 230 V en plus basse tension et en continu. | Dans une maison, le plus simple pour avoir accès à une alimentation est une prise électrique. Elle fournit du 230 V efficace 50 Hz avec une puissance pouvant aller à plusieurs kW. En conséquence, bon nombre d'appareil électrique pour fonctionner se branche sur le secteur. Cependant ces appareils parfois fonctionne non pas en 230 V AC mais en basse tension DC 6/12/24 V assez fréquemment. Il faut trouver une moyen de convertir cette tension alternative de 230 V en plus basse tension et en continu. |
| |
| === Description des transformateurs === | === Solution : le transformateur === |
| |
| Une solution pour nos deux problèmes est l'utilisation de transformateurs électriques. Ces derniers sont des appareils électriques de bases en électricité. Leur but est de convertir une tension alternative en un autre tension alternative de tension différente. Il est ici seulement question de tension alternative car un transformateur ne peut pas convertir une tension constante en une autre, cela est dû aux lois de la physique qui régissent le fonctionnement de cet appareil. Pour faire simple, un transformateur parfait a quatre pattes ; deux du côté primaire sur lesquelles on met une certaine tension que l'on sait générée et deux du côté secondaire où l'on veut retirer une nouvelle tension. Le rapport entre les tensions peut varier théoriquement comme on veut mais en pratique, il est souvent entre 10 et 1000 dépendant de ce que l'on veut faire. | Une solution pour nos deux problèmes est l'utilisation de transformateurs électriques. Ces derniers sont des appareils électriques de bases en électricité. Leur but est de convertir une tension alternative en un autre tension alternative de tension différente. Il est ici seulement question de tension alternative car un transformateur ne peut pas convertir une tension constante en une autre, cela est dû aux lois de la physique qui régissent le fonctionnement de cet appareil. Pour faire simple, un transformateur parfait a quatre pattes ; deux du côté primaire sur lesquelles on met une certaine tension que l'on sait générée et deux du côté secondaire où l'on veut retirer une nouvelle tension. Le rapport entre les tensions peut varier théoriquement comme on veut mais en pratique, il est souvent entre 10 et 1000 dépendant de ce que l'on veut faire. |
| ==== Les générateurs de basses fréquences ==== | ==== Les générateurs de basses fréquences ==== |
| |
| | En électronique, il n'y a pas que des tensions alternatives sinusoïdales. Il est très fréquent d'avoir des tensions alternatives créneaux. Ces dernières sont les plus simples, elle valent seulement deux valeurs Umax et Umin par exemple 10 V et 0 V de manière cyclique. Il est aussi intéressant pour le dépannage d'appareil électrique d'avoir une tension qui croît et décroît de manière linéaire et non sinusoïdale et toujours alternativement. |
| | |
| | De plus, la répétition du motif cyclique n'est pas toujours de 50 fois par seconde. Certain appareil électrique, comme tous ceux qui touchent au son ou au alimentation à découpage, comporte des signaux électriques ayant des fréquences bien plus grandes que 50 Hz. |
| | |
| | Pour toutes ces raisons, il existent des générateurs de basses fréquences qui sont capables de générer des tensions alternatives ayant trois formes possibles : sinusoïdale, créneau, dent de scie (linéaire). Ces générateurs comme leur nom l'indique peuvent générer des signaux à diverses basses fréquences c'est à dire entre 0 et des centaines ou des milliers de kHz, donc des MHz. Les hautes fréquences comprenant les centaines de MHz et les GHz. |
