Caractéristiques des composants de circuits à courant continu
Un circuit électrique est composé :
- D’un générateur de force électromotrice ;
- D’un ou plusieurs récepteurs d’énergie électrique ;
- D’un système de transmission de l’énergie électrique ;
- D’accessoires pour la commande ou la protection du circuit.
1 Conducteurs et câbles
Le système de transmission de l’énergie électrique est constitué par l’ensemble d’éléments conducteurs servant au transport du courant électrique des générateurs électriques aux récepteurs. Ce système est constitué par les conducteurs, les câbles et les raccords.
1.1 Conducteurs
Les fils conducteurs, bref les conducteurs, sont réalisés en matériel conducteur. Bien que l’argent est le meilleur conducteur, le cuivre et l’aluminium sont les plus utilisés à cause de leur meilleur prix.
Selon l’application, on retrouve diverses formes pour la section du conducteur : circulaire (qui est la plus utilisée), carrée ou plate. Afin d’améliorer leur souplesse et la résistance mécanique certains conducteurs sont réalisés en enroulant ensemble plusieurs conducteurs de sections très petites, appelés torons.
Le diamètre des conducteurs est standardisé. On peut utiliser une jauge de mesure pour l’évaluer.
1.2 Câbles
Un câble comporte plusieurs conducteurs électriquement distincts et solidaires sous un ou plusieurs revêtements protecteurs (gaine, tresse, armure) (fig. 2 – 2). Un câble facilite l’installation des conducteurs et assure une meilleure protection contre les facteurs extérieurs (humidité, chaleur), ce qui augmente la sécurité des installations électriques.
L’âme du câble doit avoir :
- une bonne conductibilité;
- une résistance mécanique suffisante pour éviter sa rupture ;
- souplesse pour faciliter son transport et sa mise en place dans les conduits.
L’âme d’un câble est massif lorsqu’il ne comprend qu’un fil (jusqu’à 6mm²), ou câblée
lorsqu’il est formé de plusieurs torons.
L’enveloppe est en matière isolante ayant des propriétés :
- électriques : rigidité électrique élevée pour assurer un bon isolement ;
- physiques et chimiques : résistance à la chaleur, au froid, au vieillissement ;
résistance à l’humidité, à la corrosion et à la combustion ;
- mécaniques : résistance à la rupture par traction.
Pour assurer une résistance accrue à la rupture on réalise des câbles armés recouverts d’une gaine non métallique résistante à la corrosion. On peut placer ces câbles à l’extérieur, dans des endroits humides et même sous terre.
Les câbles possèdent plus de deux conducteurs et sont fabriqués dans une large gamme de sections.
Un type spécial de câble est le câble coaxial, utilisé pour la transmission des signaux en électronique. La gaine métallique forme le premier conducteur. Elle est reliée à la masse assurant la protection du conducteur intérieur contre les champs magnétiques extérieurs.
2 Résistances
Les résistances sont des dipôles passifs dans lesquels toute l’énergie électrique mise en jeu est convertie en chaleur par effet Joule.
2.1 Types de résistances
D’après leur construction on distingue :
- des résistances bobinées;
- des résistances au carbone.
Les résistances bobinées sont fabriquées en enroulant un fil métallique ou un ruban métallique autour d’un noyau isolant. La valeur de la résistance est déterminée par la longueur du fil et par la résistivité du matériel.
Le domaine des valeurs des résistances bobinées commence de quelques ohms et arrive jusqu'à plusieurs milliers d’ohms. La puissance de ces résistances, c’est-à-dire la quantité de chaleur qu’elles peuvent évacuer sans subir de dommage, se situe entre cinq et plusieurs centaines de watts.
Les résistances au carbone sont réalisées de particules de carbone au graphite mélangé à un matériel isolant en poudre (fig. 2 – 4). La proportion de ces éléments dans le mélange détermine la valeur de la résistance. Quant aux valeurs de celle-ci, on les retrouve de 1 à 22 000 000 ohm. Les valeurs de la puissance des résistances au carbone sont normalisées dans les cadres de 0,1 W; 0,125 W; 0,25 W; 0,5 W;
1 W et 2 W.
- rhéostats;
- ou potentiomètres.
Les rhéostats sont des résistances variables utilisées pour régler le courant dans un circuit. Leur gabarit est supérieur à celui des potentiomètres et leur diamètre peut atteindre 150, voire 200 mm. L’élément résistant d’un rhéostat est représenté par un seul fil. Les rhéostats sont munis de deux ou trois bornes. L’une d’elles est raccordée au contact mobile et l’autre (les autres ) à une extrémité (aux extrémités ) de l’élément résistant.
Les potentiomètres sont des résistances variables utilisées pour le réglage de la tension d’un circuit. Ils ont trois bornes et leur diamètre ne dépassent pas 12 mm.
L’élément résistant est réalisé en carbone. La fig. 2 - 5 présente les types de potentiomètres les plus utilisés : unitour et multitour, de dimension plus réduites mais offrant une plage de réglage plus précise.
2.2 Symboles
Les symboles utilisés pour la représentation des résistances dans les schémas sont
présentés dans la fig. 2 - 6.
La puissance de dissipation des résistances est une caractéristique très importante pour celles-ci. Elle indique la capacité d’évacuation de chaleur d’une résistance due au passage du courant électrique. La puissance de dissipation s’exprime en Watts.
En outre, plus une résistance est grande, plus sa puissance de dissipation augmente. En pratique on accorde une grande attention à ce paramètre en utilisant un facteur de sécurité égal à 2 lors de l’utilisation des résistances au carbone. Cela veut dire qu’on emploiera une résistance avec une puissance de dissipation de 2 W si les calculs indiquent l’utilisation d’une résistance de 1 W.
La tolérance de la valeur de la résistance indique le pourcentage de variation possible entre la valeur réelle et sa valeur indiquée. Les producteurs fournissent sur le marché des résistances dont la tolérance se situe entre 1 et 20 %. Pour la plus part des circuits on accepte l’utilisation des résistances d’une tolérance de 10%.
2.4 Code des couleurs
Le marquage des résistances s’effectue d’après leur type :
- Les résistances bobinées sont assez grandes pour qu’on puisse inscrire sur leur boîtier leur valeur ohmique et leur tolérance.
- Les résistances au carbone, qui sont de petites dimensions, sont marquées d’après un code des couleurs des résistances
3 Sources de tension
La source de tension est un appareil qui fournit la force électromotrice nécessaire
pour engendrer le courant électrique dans un circuit électrique.
3.1 Types de sources
Les sources de courant continu peuvent être une pile, un accumulateur, une pile solaire, une dynamo, un thermocouple ou un dispositif piézo-électrique.
• Pile
La pile est un générateur électrique qui transforme directement l’énergie chimique en énergie électrique. Elle est constituée par deux métaux différents immergés dans une solution acide appelée électrolyte. Actuellement l’électrolyte n’est plus liquide mais plutôt pâteux et les piles s’appellent sèches.
La tension des piles ne dépasse pas 1,6 V. Lorsqu’on groupe de manière convenable plusieurs piles on peut obtenir des tensions plus élevées.
Les piles sont identifiées par des lettres allant de la plus faible « AAA » à la plus puissante comme capacité énergétique « D » .
Les piles ont des applications multiples. Les piles au carbone – zinc sont utilisées dans les jouets, lampes de poches, etc. Pour les appareils photo ou les petits moteurs sont préférées les piles alkalino-manganèse en raison de leur longue vie.
Grâce à leur petite taille et à leur tension constante, les piles à mercure et à argent sont utilisées pour les montres électroniques, les prothèses auditives.
• Accumulateur
Les accumulateurs appelés aussi piles secondaires, diffère des piles primaires dans le sens que leur processus est réversible. Ainsi un accumulateur complètement déchargé peut être rechargé, en faisant circuler un courant inverse, à l’aide d’une source extérieure de tension appelée chargeur, ce qui conduit à reconstituer ses électrodes. C’est un grand avantage qui rend les accumulateurs utilisables dans beaucoup de domaines comme sources d’énergie auxiliaire ou d’urgence, ou encore comme sources dans les appareils mobiles comme les automobiles, les voitures électriques, les avions.
Selon l’application on distingue deux types d’accumulateurs :
• L’accumulateur au plomb se caractérise par une grande capacité électrique et une durée de service en quelque sorte réduite. Il est utilisé pour les appareils mobiles.
• L’accumulateur au nickel - cadmium peut fournir de grandes puissances pendant de courtes périodes de temps. Il est très fiable et peut durer plus de 15 ans sans entretien ce qui le rend convenable comme source d’énergie auxiliaire ou d’urgence.
Les batteries sont des groupements de piles primaires ou secondaires raccordées ensembles pour fournir une tension plus élevée ou une capacité énergétique plus grande. Ce regroupement est enfermé dans un boîtier.
3.2 Symboles
Les symboles normalisés utilisés pour les piles et pour les batteries sont représentés sur la fig. 2 – 7.
Dans les deux symboles, le trait court représente la borne négative alors que le trait long désigne la borne positive.
La commande des circuits électriques est réalisée, soit manuellement, soit automatiquement, avec des dispositifs spécifiques. Pour la commande manuelle les dispositifs utilisés sont classés en deux catégories :
- les interrupteurs;
- les commutateurs.
L’interrupteur est un dispositif de commande capable d’ouvrir et de fermer un circuit électrique. En position ouverte le circuit commandé est ouvert, la circulation du courant est interrompue. En position fermée le circuit devient lui aussi fermé et la circulation du courant devient possible.
Les interrupteurs sont caractérisés par le nombre de pôles et par les directions qu’ils comportent. On parle d’interrupteurs unipolaires, bipolaires et tripolaires lorsqu’ils contrôlent une, deux ou trois lignes porteuses de courant.
En outre un interrupteur, soit unipolaire, bipolaire ou tripolaire, peut diriger le courant vers différents éléments de circuit. On l’appelle alors interrupteur à simple direction ou à double direction.
Remarque : Ne pas confondre les notions de direction et de position.
La fig. 2 - 8 montre quelques interrupteurs comportant différentes combinaisons de pôles et de directions.
L’interrupteur unipolaire à simple direction (« SPST ») ne peut ouvrir ou fermer qu’un seul circuit à l’intermédiaire d’une lame mobile qui assure la connexion dans le circuit. Il possède deux positions, MARCHE et ARRET, mais il n’est qu’à une direction.
L’interrupteur unipolaire à double direction (« SPDT ») par contre possède trois positions, ce qui lui confère deux directions et il peut commander deux circuits : le premier branché entre la connexion centrale A et la borne A1 et le deuxième entre la même connexion centrale A et la borne A2 .
Afin d’assurer la protection des personnes et des appareils électriques, les circuits électriques doivent être munis de dispositifs de protection. Les fusibles et les disjoncteurs sont les dispositifs de protection utilisés couramment pour provoquer l’ouverture du circuit lors de l’apparition d’une surcharge ou d’un court-circuit.
Le fusible représente un conducteur calibré introduit dans le circuit à protéger qui, en cas de défaut (surcharge ou encore court-circuit), s’échauffera jusqu’à sa température de fusion.
Quand l’élément d’un fusible a fondu il faut le remplacer par un autre de même capacité.
Il existe deux classes de fusibles d’usage courant :
- aM, fusible conçu pour protéger les circuits contre les fortes surcharges et les courts-circuits. Ce sont des fusibles à action lente qui peuvent supporter une surintensité pendant un très court laps de temps et sont utilisés pour la protection des moteurs triphasés;
- gl, fusible conçu pour protéger les circuits contre les faibles et les fortes surcharges et bien évidement contre les courts-circuits. Ce sont des fusibles à action rapide qui réagissent dès que le courant limite a été dépassé, et aussi ceux d’usage général.
Le disjoncteur est un interrupteur automatique qui coupe le circuit lorsque l’intensité du courant qui le traverse dépasse une valeur prédéterminée. Il est doué de pouvoir de coupure.
Le déclenchement peut être :
- instantané, lorsque le dispositif qui provoque l’ouverture est magnétique;
- temporisé lorsque le dispositif est thermique.
Le disjoncteur possède un grand avantage sur le fusible : lorsqu’il déclenche, il suffit de le réenclencher et le basculer en position MARCHE. C’est pourquoi dans les installations domestiques ou industrielles il remplace le fusible malgré son coût plus élevé.
On classe les disjoncteurs selon leur principe de fonctionnement. Ainsi on trouve des disjoncteurs :
- magnétiques,
- thermiques
- ou magnéto-thermiques.
6 Condensateurs
Les condensateurs sont des dispositifs capables d’accumuler de l’énergie électrique lorsqu’ils sont chargés.
La propriété des condensateurs, une fois chargés, d’accumuler de l’énergie électrique dans leurs champs électriques est exprimée par une grandeur caractéristique appelée capacité. Le symbole de la capacité est C et son unité de mesure est le farad, symbolisé par la lettre F. Le farad étant une unité trop grande il s’avère
nécessaire d’utiliser ses sous - multiples : le microfarad (μF) et le picofarad (pF).
Un condensateur est constitué de deux plaques métalliques séparées par un isolant, aussi appelé diélectrique (fig. 2 – 9).
- la surface des plaques;
- la distance entre les plaques;
- la nature du diélectrique utilisé.
Les condensateurs sont classés généralement d’après le type du diélectrique utilisé.
Il existe ainsi des condensateurs à l’air, au papier, à la céramique etc.
Les condensateurs sont réalisés sous diverses formes : tubulaire, plate, disque etc.
En plus tous les condensateurs sont dans une des deux catégories suivantes : fixes et variables.
Les condensateurs appartiennent aussi à une des deux groupes suivants : polarisé ou non polarisé.
Les condensateurs au papier, au mica ou à la céramique entrent dans le groupe des condensateurs non polarisés, cela veut dire qu’ils n’ont pas une polarité assignée à leurs électrodes.
Remarque : Quoique le condensateur au papier est non polarisé, souvent il est doté d’une bande noire à l’une de son extrémité. Cette bande n’indique pas la polarité, mais l’électrode reliée à la feuille extérieure du condensateur qu’il est recommandé à être branché à la polarité moins élevée.
Dans le groupe des condensateurs polarisés, on trouve les condensateurs électrolytiques. Celui doit recevoir un potentiel plus positif sur une électrode que sur l’autre, autrement il sera détruit. Une des électrodes est clairement identifiée.
Dans le cas d’un condensateur axial, un trait portant le signe «-», pointe dans la direction de l’électrode qui doit être branché au potentiel inférieur. De plus près de la broche opposée, le condensateur est légèrement déformé par une rayure, toujours présente du côté de la broche assignée à la polarité plus élevée.
Dans le cas du condensateur radial, le trait comportant le même signe «-» indique l’électrode négative.
La tolérance d’un condensateur exprime en pourcentage la marge d’erreur de sa capacité indiquée par le fabricant. Elle appartient à une plage de valeurs qui commence par ± 1% et peut aller jusqu’à ± 20%.
Les principaux paramètres des condensateurs sont :
- la tension nominale, qui indique la valeur maximum de la différence de potentiel que l’on peut appliquer à ses bornes sans causer le claquage de son diélectrique.
- le coefficient de température, qui exprime le taux de variation de la capacité avec la température. Dans la plupart des cas ce coefficient est positif, mais il existe aussi des condensateurs dont le coefficient est négatif (leur capacité diminue avec l’élévation de la température), et même nul ce qui traduit la stabilité de la capacité par rapport à la variation de la température.
Le marquage des condensateurs au mica et des condensateurs à la céramique est effectué conformément au code des couleurs des condensateurs.
7 Inductances
L’inductance est définie comme la propriété d’un circuit de s’opposer à toute variation du courant qui le traverse. Le composant fabriqué de manière à posséder la propriété d’inductance s’appelle inductances, bobines ou encore bobines d’inductance ou selfs.
La fig. 2 - 10 présente les différents types des inductances et leurs symboles.
La valeur d’inductance d’une bobine dépend des facteurs suivants :
- dimensions et forme de la bobine;
- nombre de spires;
- nombre de couches de fil;
- type de matériel du noyau .
0 Commentaires