Le courant alternatif

Histoire du courant alternatif

L’électricité est un phénomène naturel qui a commencé a être étudié dès le 16 ème siècle.

L’arrivée du courant alternatif date de 1882 en France par l’invention de l’ingénieur Lucien Gaulard : le transformateur. Cela créa une véritable révolution dans l’industrie de distribution d’électricité. Comme le courant alternatif présentait plus d’avantages, il a rapidement remplacé le courant continu.

Un transformateur est un appareil censé modifier la tension et l’intensité d’un courant délivré par une source d’énergie alternative sans en changer la fréquence ou la forme.

Avez-vous un parafoudre ? Le courant électrique est avant tout un phénomène naturel. En effet, les orages qui résultent de grosses différences de températures et du chargement électrique des nuages. Les éclairs peuvent des fois atteindre plus de 20 000 volts !

Lucien Gaulard

Lucien Gaulard est un ingénieur français ayant vécu de 1850 à 1888. Celui-ci, spécialisé dans l’électricité, même s’il à tout de même été chimiste est un scientifique qui est surtout connu pour son invention du transformateur électrique.

Cependant, ce célèbre ingénieur français a terminé sa vie assez jeune, laissant alors derrière-lui restait de nombreux travaux en suspend qui seront menés à bien par d’autres scientifiques.

Il laisse cependant derrière lui ces règles :

  • La tension augmente avec l’intensité du courant primaire ;
  • La tension augmente avec le nombre de spire de l’enroulement secondaire ;
  • La tension augmente les alternativités du courant primaire.

La production du courant alternatif

Le courant alternatif correspond à un courant qui produit toujours de la même façon et ce sont les mêmes mécanismes qui entrent cause.

Afin de créer du courant alternatif, on utilise une turbine et un alternateur. C’est également ainsi qu’il est produit dans les centrales électriques. En voici le détail :

  1. Une turbine est mise en rotation par de l’eau ou de la pression comme de la vapeur d’eau ;
  2. La turbine entraîne alors l’axe du rotor de l’alternateur sur lequel sont encrés plusieurs électroaimants ;
  3. Le courant électrique alternatif est produit par les interactions entre les électroaimants du rotor et le fil de cuivre en bobines autour du stator.

Les centrales électriques sont le moyen le plus efficace pour produire de l’électricité. C’est en France notre source principale de production et d’alimentation en courant alternatif.

Les caractéristiques d’un courant alternatif

On dit d’un courant électrique alternatif qu’il est périodique et sinusoïdal.

Périodique car sa tension change de sens de manière périodique en s’inversant constamment et sinusoïdal car la tension varie au cours du temps en décrivant une courbe sinusoïdale.

Valeur instantanée

On peut calculer la valeur instantanée d’un courant électrique alternatif à l’aide de l’équation suivante :

    \[ u (\left( t \right) = u _ { 0 } \cdot sin \left( \omega \cdot t \right) \]

dans laquelle :

  • u0 correspond à l’amplitude du signal et tension de la crête exprimée en Volts (V) ;
  • ω correspond à la pulsation du signal exprimée en radians par seconde (rad.s-1). Elle se calcule avec ω = 2⋅π⋅ƒ ;
  • ƒ représente la fréquence du signal exprimée en Hertz (Hz) ;
  • T correspond à la période du signal exprimée en secondes (s).

L’intensité du courant alternatif

L’équation représentant l’intensité du courant électrique est du type suivant :

    \[ i \left( t \right) = i _ { 0 } \cdot sin \left( \omega \cdot t + \phi \right) \]

dans laquelle :

  • i0 correspond à amplitude du signal exprimée en ampères (A) ;
  • φ correspond au déphasage du signal, également appelé phase à l’origine et s’exprime en radians.

La période du courant alternatif

La période est le temps en secondes (s) nécessaire à ce que le graphique du courant alternatif se retrouve dans la même position.

Les phases du courant alternatif

Le courant alternatif peut être monophasé ou triphasé.

Courant alternatif monophasé

Le courant alternatif monophasé est celui utilisé par le grand public. Il se compose de deux conducteurs, le neutre et la phase.

Le neutre est relié à la terre au dernier transformateur.

Courant alternatif triphasé

Dans le domaine des industries, on utilise des câbles dits triphasés. Ces derniers se composent de 4 conducteurs : 3 phases et un neutre, relié à la terre.

Chacune des 3 phases porte un courant déphasé de 120° par rapport aux deux autres.

Les avantages du courant alternatif

Les avantages du courant alternatif comparé au courant continu est que l’on peut modifier son intensité ou sa tension à l’aide d’un transformateur.

Grâce aux transformateurs, on peut transporter du courant haute tension de plus faible intensité, ce qui permet de diminuer l’effet Joules. Il suffit avant de redistribuer l’électricité aux utilisateurs de la transformer à nouveau.

Le courant continu

Définition

Le courant continu est un courant électrique dont l’intensité est changeante au cours du temps. Par opposition au courant alternatif, il circule toujours dans le même sens.

Ce courant est symbolisé par l’acronyme CC pour courant continu ou DC en anglais pour direct current.

Histoire du courant continu

Le courant continu est le premier des courants électriques a avoir été utilisé. C’est Thomas Edison qui l’a contrôlé pour la première fois. Cependant, il a vite été supplanté par le courant alternatif qui montre l’avantage de pouvoir être transporté sur de plus longues distances.

Différents courants continus

Il existe différents types de courants continus. Tout d’abord on trouve le courant constant qui garde la même amplitude et la même direction. Ensuite, il existe le courant ondulé et lissé. Proche du courant constant, il garde cependant un certain taux d’ondulation. Pour finir, il reste le courant variable unidirectionnel. Ce dernier ne change jamais de sens mais son amplitude peut être amenée à changer.

Les touts premières sources électriques découvertes furent l’électricité statique. Ensuite vint la pile électrique d’Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta qu’il mit au point en 1800. Il s’agissait d’un empilement de tissu, de cuivre et de zinc le tout imprégné d’eau salée. Le tout produit donc de l’électricité par oxydo-réduction.

Il faudra quand même attendre le XVIIIe siècle pour voir apparaître le courant électrique public et les premiers réseaux de distribution d’électricité dans les viles.

Calculs sur le courant continu

Connaissez-vous un bon électricien ? Manipuler l’électricité peut s’avérer très dangereux si on ne sait pas ce que l’on fait. C’est pourquoi il est important d’avoir recours à un professionnel, en l’occurrence un électricien, pour vos travaux en électricité.

On peut effectuer plusieurs calculs sur le courant. Pour cela, fixons quelques variables :

  • < i > valeur moyenne de i ;
  • I valeur efficace de i ;
  • Ia valeur efficace de la composante alternative de i ;
  • Δ ( i ) = imax – imin : valeur entre crête et creux de l’intensité.

Le taux d’ondulation et le taux d’ondulation efficace

La valeur du taux d’ondulation de crête est égal au rapport de la valeur efficace de la composante alternative d’une grandeur ondulée par la valeur efficace de la grandeur elle-même.

    \[ \frac { I _ { a } } { I } \]

Le taux d’ondulation efficace est le rapport de la valeur de crête à creux de la composante alternative d’une grandeur ondulée à la valeur absolue de la composante continue.

    \[ \frac { I _ { a } } { < i > } \]

La puissance

Lorsque la tension et le courant sont continu, on définit la puissance avec la formule suivante :

    \[ P = U \times I \]

Avec U et I des valeurs constantes de la tension aux bornes du dipôle et de l’intensité du courant à travers le dipôle.

Notons que si l’on considère R comme étant la résistance du dipôle, on a :

    \[ U = R \times I \]

On obtient donc en définitive la formule de calcul de la puissance suivante :

    \[ P = R \times I ^ 2 = \frac { U ^ 2 } { R } \]

Il est possible de modéliser un dipôle actif linéaire, donc un électromoteur, avec un modèle équivalent de Thévenin même si ce modèle, très sommaire, ne permet pas de rendre compte des éventuelles chutes de tension en charge ou encore des puissances électriques mises en jeu dans un domaine de validité qu’il faut nécessairement préciser.

Ainsi, convention générateur, la puissance fournie par le dipôle à l’extérieur peut s’exprimer de la façon suivante :

    \[ P _ \text{ fournie } = U \times I = \left( E - R \times I \right) \times I \]

    \[ P _ \text{ fournie } = E \times I - R \times I ^2 \]

La puissance fournie par le dipôle actif correspond alors à la puissance fournie par un générateur idéal de tension, noté E, qui va donc délivrer un courant, noté I, dont une partie est dissipée par effet Joule, représenté par -RxI2 . Si on se concentre sur le cas des moteurs électriques, ExI est un terme représentant la puissance électromécanique que l’on note Pem.

Le circuit en boucle simple et ses composants

Que pensez-vous de la présence dans éoliennes dans les champs ? Afin de trouver un moyen d’obtenir de l’électricité verte, des recherches ont été menées pour augmenter le rendement des énergies renouvelables. Les éoliennes en font partie. En effet, celles-ci prennent l’énergie du vent pour en faire de l’électricité. Cependant, deux groupes s’opposent : ceux qui sont pour l’électricité produite par les éoliennes et ceux qui sont contre car elles polluent le paysage.

Une pile possède deux bornes différentes : une positive et une négative.

Une ampoule possède deux bornes différentes mais non polarisées. Cela signifie que ces deux bornes ne possèdent pas de polarité négative ou positive. On peut donc faire passer le courant dans n’importe quel sens pour que l’ampoule fonctionne.

Pour qu’une ampoule s’allume, il faut mettre en contact respectivement les deux bornes de la pile avec les deux bornes de l’ampoule.

Un interrupteur permet d’ouvrir et de fermer un circuit électrique.

Pour qu’une lampe brille dans un circuit plusieurs conditions doivent-être réunies :

  • Le circuit contienne une pile ;
  • La lampe soit adaptée à la pile ;
  • Le circuit soit soit fermé, c’est à dire forme une boucle ininterrompue de « conducteur ».

Un montage en boucle a plusieurs caractéristiques :

  • De l’ordre dans lequel les élément du montage sont associer ;

  • De la position de l’interrupteur ouvert ou fermé ;

  • La position des borne de la pile.

Le court circuit

Un générateur est mis en court-circuit lorsque ses bornes sont reliées par un fil métallique ou un conducteur.

Un générateur ne doit jamais être mis en court-circuit il y a un risque d’incendie ou de destruction du générateur. En effet, l’augmentation de la température peut rapidement causer la fusion des composants internes de ce dernier.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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