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L'inductance des bobines

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L'inductance ou bobine, self, solénoïde !

La bobine, c'est quoi, où, comment ?

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L'inductance en photos :

Self de choc L'électronique à découpage Bobines de transformateurs
Les inductances sont le pilier des transformateurs et moteurs
Bobine de relais 24 V
Chaque relais
, contacteur, ballast de tube fluorescent, antiparasite et autre filtre est constitué de bobines.

Solénoïde est le nom scientifique alors que bobine est un nom plus usuel quand inductance fait référence à sa caractéristique physique.

Enfin selfLes anglophones ont le bonne idée de simplifier les appellations :
La bobine ayant le particularité de s'auto-induire ils la nomment self, abréviation de self-induction !
est issu de l'anglais simplificateur !

Self de choc désigne une inductance utilisée dans les filtres anti-parasitesVoir nos cours en CEM Compatibilité électro-magnétique électriques...

Cliquez sur 2 pour afficher la vidéo qui démontre qu'un simple fil est inductif...

L'inductance est omniprésente dans tout fil !






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Expérience en vidéo : la bobine crée un retard


Ce retard est dû au temps de création du champ magnétique. A l'ouverture, la symétrie est parfaite, le bobine restitue sous forme de tension le champ magnétique stocké...
E = - ( LInductance L de la bobine en Henry / Δ tLe temps nécessaire à l'ouverture, s'il tend vers 0, E tendra vers ∞ ! Nous le verrons en vidéo ) x IL'intensité traversant la bobine juste avant l'ouverture
L'intensité I 'stockée' : on ne stocke pas une intensité mais j'utilise volontairement cet abus pour faire un parallèle très intéressant :
Le condensateur stocke une tension (indéfiniment sauf très faibles fuites), la bobine tente de stocker l'intensité...




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Charge et décharge de la bobine

Charge


A la mise sous tension, comme vu en vidéo, l'intensité ne croit que progressivement puis est égale à :
I = U / RU = U générateur
R = R fil bobine :
(ρ × lg) / s



Cycle de charge de l'inductance bobinée
Cliquez pour relancer
Décharge en surtension

A l'ouverture, la bobine cherche à maintenir IA maintenir I tel qu'il était, en l'occurrence très élevé puisque la résistance d'une bobine en continu est souvent faible !.
Or, l'air est un isolant... La bobine va donc augmenter le potentielU = R × I
R air tend vers ∞ donc :
U = ∞ × I ⇒ U = ∞
On peut aussi le voir avec Lenz :
E = - ΔΦ / Δt
Δt tend vers 0 car ouverture brutale :
E = ΔΦ / 0+ ⇒ E = ∞
à ses bornes !
Cycle de décharge de l'inductance bobinée
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Introduction : usage dans les alimentations à découpage

Etape 1 : le générateur alimente et la bobine et le récepteur (ici l’ampoule)
Etape 2 : on ouvre l'interrupteurMais pas comme sur l'animation mais avant la fin de charge de la bobine afin d'éviter le quasi court-circuit qu'elle offre ! et la bobine va devenir générateur au rythme du cycle et donc de la fréquence de découpage.
Cycle de charge de l'inductance bobinée
Cliquez pour relancer




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Analogie avec la bobine

La bobine est un ressort !
Cliquez pour relancer
Lorsque l'on soumet la bobine de droite à une tension, elle s'oppose à ce changement en s'induisant d'une tension elle même opposée, ce qui limite fortement l'intensité et crée un champ magnétique.
A droite le ressort soumis à un déplacement n'oppose que peu de résistance mécanique au début : la force est faible, il va emmagasiner de l’énergie cinétiqueEn simplifiant : énergie emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle mécanique que le lâcher du ressort libérera !.
En régime établi (stabilisé), la bobine se comporte comme un fil, le ressort ne se comprime plus.

L'illustration ci-dessous précise ce qui se produit lors de la rupture brutale :
Coupure alimentation pour la bobine = surtension inverseE = - Δ Φ / Δ t
t tend vers 0 donc E (en Volts) tend vers ∞ l'infini !
.
Relâchement de la contrainte sur le ressort = 'sur-vitesse' opposée !
Bobine ressort relache




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Surtension inductive en expérience vidéo


E ≃ Lorsque le poussoir ouvre le circuit, c'est l'air qui interrompt la circulation
Or l'air est réputé isolant donc sa résistance tend vers l'∞
× I ⇒ E ≃ ∞
La loi d'Ohm permet de rapidement estimer la femforce (contre) électro-motrice, la loi de Lenz permet de la calculerSi l'on connait le flux ou l'inductance L et I (L = Φ / I) et le temps d'ouverture
E = - ΔΦFlux Φ = L [(Nspires × µ0 / Lg) × µr × surface embrassée] × I
passe d'une valeur L liée à la bobine à 0 quand on ouvre le circuit !
/ ΔtC'est le temps d'ouverture du poussoir, il tend vers 0, quelques dizaines, centaines de µs donc E = ΔΦ / 0+ ⇒ E ≃ ∞




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Vidéo : mesure de l'inductance par son impédance en sinusoïdal

Rouge : tension aux bornes de la bobine, Bleu : tension aux bornes de la résistance
Quand UR = UL ; ZL = ZRDans la vidéo, R = 250 Ω, L = 1 µH.
Quand les amplitudes rouge et bleu sont identiques :
ZL Z de l'inductance L = 250 Ω !
ZR = R car R est une résistance pure
puisque l'intensité est commune (montage série).
Z Bobine = √[RRésistance de la bobine en continu due à son fil :
ρ × (L / S)
² × (LInductance de la bobine en Henry
Liée au nombre de pires, à sa longueur, à la présence d'un noyau
× ωPulsation : 2 × π × f (Hz))²]

Z ≃On peut négliger R comme vu en vidéo L × ω





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Connaissez-vous la bobine ? ...


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Crée le 15 / 05 / 2017, der. màj le 09 / 08 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 7334 fois
Difficulté : ★★★★☆
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