En observant différents appareils électriques, des valeurs et des symboles reviennent très souvent :
220 V ; 50 Hz. A quoi cela correspond-il ?
La tension du secteur est une tension alternative sinusoïdale de fréquence 50 Hz. (les électrons changent de sens de déplacement 50 fois par seconde et oscillent donc sur place !)
La tension du secteur a une tension efficace d'environ 230 V, ce qui correspond, au maximum d'une oscillation, à une tension d'environ 320 V.
Pour résumer :
- tension alternative sinusoïdale,- fréquence f = 50 Hz,- Ueff = 230 V,- Umax = 320 V.
Même si l'on parle de basse tension, la tension du secteur peut être mortelle pour un être humain (danger d'électrocution).
Installation domestique.
Démontons une prise de courant après avoir coupé le disjoncteur ! Cette prise comporte 3 bornes reliées à 3 fils :
- un fil bleu, le neutre,- un fil vert et jaune, le fil de terre,- un fil rouge ou noir (ou tout sauf bleu, vert, jaune), la phase.
Suivons les fils ! Nous arrivons aux coupes-circuit (fusibles) puis au disjoncteur et enfin au compteur électrique. Pour assurer la sécurité de l'installation, trois éléments doivent être présents :
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Les fusibles ou coupes-circuit. Ils ont pour but d'empêcher le passage d'un courant trop élevé dans le circuit qu'ils protègent.
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Le disjoncteur différentiel. Il permet de couper automatiquement l'alimentation s'il détecte une surintensité ou une fuite de courant (contact accidentel avec la phase). Plus il est sensible (30 mA), plus la protection est bonne !
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La mise à la terre. Cette installation permet au disjoncteur de détecter une fuite de courant due à un appareil mal isolé (phase en contact avec la carcasse métallique).
Comment modifier la tension du secteur ?
Si on démonte un adaptateur (par exemple, un chargeur de portable), branché sur le secteur et fournissant une tension de 4,8 V continue, on remarque les éléments suivants :
- un transformateur,- 4 diodes soudées selon un schéma précis,- un condensateur.
voir en image le rôle de ces 3 éléments ? <-
Un transformateur est constitué de 2 bobines indépendantes (circuit primaire et secondaire) associées à une carcasse en fer doux. Un transformateur ne modifie que la valeur d'une tension. Le rapport entre les tensions est égal au rapport entre les nombres de spires des bobines.
Un pont de diodes permet d'obtenir une tension redressée.
Un condensateur assure le lissage de la tension redressée.
Exercices
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Approfondissements.
les 3 fils arrivant à une prise de courant (phase, neutre, terre)
Seul le fil de phase représente un danger. Pour le repérer, on utilise un tournevis testeur de phase :
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Contact avec la phase : lampe allumée ------- Contact avec le neutre : pas de lueur.
Si on mesure les tensions efficaces entre ces 3 fils :
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Entre phase et neutre : 230 V environ - Entre phase et terre : 230 V environ - Entre neutre et terre : aucune tension !
Maquette représentant une installation classique :
Déplace le pointeur de la souris sur la photo pour des infos !
Départ des différents circuits. Il y en a généralement plusieurs pour les prises électriques (regroupées par 4 environ), plusieurs pour l'éclairage ainsi que pour certains appareils (four électrique, chauffe-eau, lave-linge,..) et le chauffage (s'il est électrique !) :
Chaque circuit (prises électriques, éclairages, gros appareils + éventuellement chauffage) est protégé par son propre fusible ou coupe-circuit.
Le disjoncteur différentiel. C'est un interrupteur général qui peut être actionné manuellement ou se couper automatiquement s'il y a surintensité. Il compare aussi les courants d'arrivée et de départ. S'il y a une différence (donc une fuite de courant) il coupe l'alimentation.
Tous les appareils ayant une partie métallique visible doivent être reliés à la terre. En cas de mauvaise isolation (contact accidentel phase - carcasse métallique), il y aura une fuite de courant vers la terre et le disjoncteur détectera alors une différence d'intensité et coupera l'alimentation !
Un transformateur est composé de 2 bobines isolés, traversées par une même armature en fer :
En envoyant une tension alternative à l'une des bobines (primaire), on "récupère" aux bornes de l'autre bobine (secondaire) une tension dont la valeur est modifiée.
Un transformateur utilise en fait 2 lois électriques :
1. Une bobine parcourue par un courant devient "aimanté". Elle produit un champ magnétique :
Clique sur l'image pour mettre en route le générateur branché à la bobine !
2. Une bobine placée dans un champ magnétique voit une tension apparaître à ses bornes (déjà vu avec la dynamo !). L'armature en fer permet de mieux "transmettre" le champ magnétique de la bobine primaire à la bobine secondaire.
Envoyons alors une tension alternative de 6 volts à la bobine primaire (1800 spires). Mesurons et observons la tension aux bornes de la bobine secondaire (900 spires) :
Passe sur l'image pour voir en détail les branchements du transformateur.
On remarque que la tension de sortie est toujours alternative, mais elle a été divisée environ par 2.
2 fois moins de spires -> 2 fois moins de volts !
Faisons maintenant l'inverse ! Envoyons les 6 volts à une bobine de 900 tours de fil. Aux bornes de la bobine du secondaire (1800 spires), la tension est presque de 12 V :
Passe sur l'image pour voir les branchements.
2 fois plus de spires -> 2 fois plus de tension !
Conclusion : un transformateur ne modifie que la valeur d'une tension alternative. Le rapport entre les tensions d'entrée et de sortie est égal au rapport entre les nombres de spires des bobines primaire/secondaire.
A quoi servent maintenant le pont de diodes et le condensateur ?
Rappels sur une diode.
Une diode ne laisse passer le courant que dans un certain sens. Soumise à une tension alternative, elle ne "garde" que la partie positive des oscillations :
On obtient une tension redressée, mais une partie de la tension est "perdue".
Utilisons alors un pont de diodes (4 diodes branchées selon un schéma précis) :
On obtient alors une tension redressée "double alternance". Cette tension est encore variable, mais elle n'est plus alternative !
Rajoutons maintenant un condensateur aux bornes de la sortie du pont de diodes :
La tension obtenue est presque continue. Le condensateur emmagasine l'énergie quand la tension augmente et la restitue quand la tension diminue : il régule cette tension.
Conclusion : avec un pont de diodes puis un condensateur, on modifie une tension alternative en tension continue !
