Le courant alternatif industriel
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Fréquence, période, valeurs maximale et efficace
Période et fréquence
La fréquence et la période d'un signal sont des caractéristiques fondamentales pour un courant alternatif puisqu'elles déterminent la vitesse des moteurs asynchrones et synchrones. Suffisamment élevée, la fréquence empêche tout scintillementUne fréquence trop basse rendrait visibles les passages par 0 du courant alternatif des éclairages. Sans maîtrise précise de la fréquence, la mise en réseau et donc le maillageOn nomme maillage les multiples interconnexions du (notamment) réseau électrique français et européen des générateurs serait impossible (synchronisation) !
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Chaque période comporte 2 alternances : une positive et une négative. Notez que la période peut se mesurer entre 2 valeurs quelconques à condition qu'elles soient identiques et dans le même sens
.
La fréquence est le nombre de périodes disponibles en 1 seconde. Cela correspond à la vitesse du courant alternatif. Sur l'illustration ci-dessus, on compte 4 périodes, la fréquence est de 4 Hertz soit 4 Hz en abrégé.
Notons qu'en France la fréquence est de 50 Hz, soit 50 périodes par seconde.
La période vaut donc : 1 / 50 = 0.02 seconde ou 20 ms.
Période et fréquence sont inverses :
f = 1 / T ; T = 1 / f
Sur notre illustration, f = 4 Hz, T = 1 / 4 = 0.25 sPour des usages, notamment en électronique, on utilise la vitesse angulaire : équivalent d'une vitesse de déplacement mais adaptée à une rotation.
Cette vitesse est liée à la fréquence qui elle-même correspond à 1 tour du signal. Or, 1 tour = 360° ou encore 2π radians. La vitesse angulaire ω est donc égale à : ω = 2 × π × f
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Elle correspond au nombre de radians par seconde parcourus par un signal et permet, entre autres, de déterminer les impédances de composants capacitifs et inductifsDans les cours d'électronique, Z, l'impédance d'un condensateur et d'une bobine en sont issues
Z = 1 / (C × ω)
Z ≃ L × ω.
On peut aussi utiliser un moyen Mnémotechnique : la vitesse angulaire correspond à la vitesse en périphérie d'un cercle sachant que le périmètre d'un cercle est égal à 2π × rayon. Rayon ici remplacé par la fréquence f.
Cette vitesse est liée à la fréquence qui elle-même correspond à 1 tour du signal. Or, 1 tour = 360° ou encore 2π radians. La vitesse angulaire ω est donc égale à : ω = 2 × π × f
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Elle correspond au nombre de radians par seconde parcourus par un signal et permet, entre autres, de déterminer les impédances de composants capacitifs et inductifsDans les cours d'électronique, Z, l'impédance d'un condensateur et d'une bobine en sont issues
Z = 1 / (C × ω)
Z ≃ L × ω.
On peut aussi utiliser un moyen Mnémotechnique : la vitesse angulaire correspond à la vitesse en périphérie d'un cercle sachant que le périmètre d'un cercle est égal à 2π × rayon. Rayon ici remplacé par la fréquence f.
Valeurs max, efficace...
Comment mesurer la tension du courant alternatif ?Avec le courant continu, rien de plus simple : on mesure la ddpDifférence de potentiel aussi appelée tension en Volts entre le + et le –
Avec notre signal sinusoïdal c'est sans doute la même chose sauf que le signal ne fait qu'évoluer, allant même jusqu'à changer de sens !
Alors ? Comment le mesurer ?
- Quand il passe par 0 ?
- Quand il est maximum dans un sens ou dans l'autre ?
Oui mais... La valeur maximale c'est bien mais pourquoi est-il indispensable de connaître une tension que l'on nommera efficace ?
Afin de pouvoir raccorder des récepteurs sans les détruire ni les sous-alimenter !
En effet, certains récepteursAmpoule à filament, une résistance chauffante... utilisent indifféremment du courant alternatif ou continu lisseLe terme continu lisse désigne un signal qui est droit sans évolution contrairement à un signal unidirectionnel qui fluctuerait
Ex : 24 V ± 10% donc de 21.6 à 26.4 V !
Il faudrait donc trouver un équivalent avec le courant continu !
Pensez-vous que la valeur maximum d'un signal alternatif corresponde à son équivalent en courant continu ?
Cela ne semble pas correct, pour nous aider à y répondre, voyons ci-dessous une série de représentations comparant un signal lisse à la valeur absolue de notre sinusoïdalLes récepteurs résistifs n'ont que faire du sens du courant, seule l'amplitude compte. On a donc rendu ce courant unidirectionnel pour une meilleure appréhension. :
1
2
3
4
Pensez-vous vraiment que ces signaux produisent un effet identique ?
On s'aperçoit à gauche que le sinus, en pointillés, peut 'rentrer' dans le continu mais pas l'inverse à droite, l'alternatif n'englobe pas le continu !
Sur les 2 images en bas, la surface du sinusoïdal est clairement plus faible !
On constate qu'il manque à l'alternatif, en haut à droite, la surface grise... Le dessin du bas démontre via une simple équivalenceRaboter la pointe du sinus semble compenser les manques sur les côtés !
En réalité, l'égalité des aires est liée à U², cette animation est purement pédagogique
L'animation finale montre que la valeur maximale d'un sinusoïdal est supérieure à sa valeur efficace qui correspond à une valeur continue lisse produisant le même effet dans un récepteur résistif à effet Joule.
Premier point : efficace ≠ maximal...
Reste à définir ce qui lie une valeur efficace, en tension ou intensité, et une valeur maximale !Si en sinusoïdal c'est très simple, cela se complique avec les signaux moins communs (voir Wikipedia)
Pour notre sinus, on doit réaliser une intégrale dont on s'épargnera le calcul pour conserver le résultat :
Valeur efficace = Valeur maxi / √2
En l'absence d'indication autre, on communique toujours une valeur efficace !
Ainsi :
U = U maxi / √2
U = U maxi × 0.7071 / √2 ≃ 0.707
I = I maxi / √2
I = I maxi × 0.7071 / √2 ≃ 0.707
Mais attention :
P = P maxi / 2
Car P = U × I et donc P = U maxi / √2 × I maxi / √2 (et donc √2² = 2)
Dans les conseils+ vous trouverez une information sur les diviseurs par √2 ainsi que sur les appareils (T)RMS, 'efficace vrai'TRMS : True R.M.S, RMS sans le T de 'true' (vrai), efficace vrai...
Cohabitent plusieurs types d'appareils : les classiques, calibrés pour le sinus, qui mesurent une valeur moyenne redressée et la multiplient par 1.11 (ce qui revient à U maxi / √2 en sinusoïdal seulement) ; jusqu'à ceux qui réalisent une vraie intégration pour ne pas fausser les mesures de courants triangulaires, carrés... Et même ceux qui incluent une partie continue qui vient annuler la symétrie et donc valeur moyenne nulle ; nous allons le voir !
En France, la tension Phase / Neutre est de 230 V~ efficace soit :
230 × √2 ≃ 325 Volts max (de +325 V à –325 V) en 50 Hz.
La majorité du monde est aussi en 50 Hz pour des tensions de 200 à 240 Volts :
Voir la mappemonde sur Wikipédia, quelques pays en 110 V ou en 60 Hz
230 × √2 ≃ 325 Volts max (de +325 V à –325 V) en 50 Hz.
La majorité du monde est aussi en 50 Hz pour des tensions de 200 à 240 Volts :
Voir la mappemonde sur Wikipédia, quelques pays en 110 V ou en 60 Hz
Valeur moyenne
| Terminons avec la valeur moyenne du courant alternatif à ne pas confondre avec l'efficace car la valeur moyenne d'un courant symétriqueToutes les formules de cette page ne sont valables que pour un signal dont les alternances positives et négatives sont opposées mais scrupuleusement identiques en valeur absolue comme représenté sur le dessin de gauche. est nulle, c'est pour cela qu'un voltmètre en continu affichera 0 : | |
 |  |
| Les surfaces + et – sont équivalentes et donc un galvanomètre afficherait 0, l'aiguille n'ayant pas le temps de battre le rythme (50 Hz) resterait au milieu ! | A gauche un multimètre en ~, au centre en continu, à droite un VATVérificateur Absence de tension, utilisé lors de consignations électriques il offre l'avantage de rendre impossible toute erreur de calibre ! Un autre VAT, les 3 raccordés en parallèle sur la même source '230 V~'. Le voltmètre continu affiche bien 0 alors que la tension, commune aux 3 appareils, est de 215.8 Volts ~ ! |
Comment le réseau tient ses 50 Hz, ses tolérances, les appareils 60 Hz, creux de tension et microcoupures : tout est dans Aller plus loin, en fin de cours !
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