ASSOCIATION DE DIPÔLES EN RÉGIME SINUSOÏDAL (Simulation avec ISIS)

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TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES http://cbissprof.free.fr Page 1 sur 2 TP 08 "Dipôles en régime sinusoïdal"

TP N°08

ASSOCIATION DE DIPÔLES EN RÉGIME SINUSOÏDAL (Simulation avec ISIS)

OBJECTIFS

1- Rappeler les connaissances générales sur le comportement de dipôles élémentaires (résistance, inductance ou condensateur).

2- Etudier une association de dipôle en régime sinusoïdal pour en déduire son caractère (inductif ou capacitif) et aussi déterminer la valeur de ses composants.

I- RAPPELS SUR LES DIPÔLES ÉLÉMENTAIRES

1- Généralités

Si un dipôle linéaire est soumis à une tension sinusoïdale )

t sin(

2 U ) t (

u ==== ωωωω ; il sera alors traversé par un courant sinusoïdali(t)====I 2sin(ωωωωt−−−−ϕϕϕϕ).

Impédance :

On appelle Impédance du dipôle la grandeur Z = U / I ( en ΩΩΩ ). Ω Déphasage :

On appelle déphasage de i par rapport à u l’angle ϕϕϕϕ représentant le retard angulaire de i par rapport à u ( en degrés ou radians ).

Représentation de Fresnel :

On représente u par un vecteur de module U et faisant un angle θθθθu avec l’axe Ox

( θu = 0 dans notre exemple).

On représente i par un vecteur de module I et faisant un angle θθθθi avec l’axe Ox

( θi = -ϕ dans notre exemple).

Notation complexe :

On représente u par le nombre complexe U = [ U ; θθθθu ].

On représente i par le nombre complexe I = [ I ; θθθθi ].

On représente l'impédance par le nombre complexe Z = [ U/I ; θu - θi ] = [ U/I ; ϕϕϕϕ ].

2- La résistance linéaire

u_R et i_R son en phase, il est donc judicieux de les placer sur l'axe Ox en prenant arbitrairement θu = 0 ).

Notation complexe :

On a U_R = Z_R I_R avec Z_R =R+j0 ou ^ZR =

[ ]

^R^;⁰ . 3- La bobine parfaite

i_L est en quadrature retard sur u_L, on peut, par exemple, placer U sur l'axe Ox en L

prenant arbitrairement θu = 0 ).

Notation complexe :

On a U_L = Z_L I_L avec ^ZL =

[

^Lω^;+π^/²

]

ou Z_L =jLω . 4- Le condensateur parfait

iC est en quadrature avance sur uC, on peut, par exemple, placer I sur l'axe Ox en C

prenant arbitrairement θi = 0 ).

Notation complexe :

On a UC = ZC IC avec ; /2] C

[ 1

Z_C= ω −π ou = −ω= jCω 1 C

Z_C j .

5- Association de dipôles

Les lois électriques (loi d'ohm, loi des mailles et loi des nœuds) s'appliquent en régime sinusoïdal mais en utilisant les nombres complexes ou les vecteurs de fresnel.

Dipôle u(t) i(t)

0

ϕϕϕϕ

U

I

x

0 ϕϕϕϕ = 0

U

R

I

R x

0 ^θθθθ^u⁼⁰ θθθθi

ϕϕϕϕ = θθθθu-θθθθi = π / 2 rad

U

L

I

_L

x

0 ^θθθθⁱ⁼⁰ θθθθu

ϕϕϕϕ = θθθθu-θθθθi = - π / 2 rad

U

C

I

_C x

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II- CONSTITUTION DES DIPÔLES ÉTUDIÉS

Chaque dipôle est une "boite noire" qui a une des deux configurations suivantes :

Circuit "RL série" (moteur, haut-parleur, contacteur, …)

Circuit "RC parallèle" (condensateur réel, filtre …)

Le but de la manipulation est d'effectuer des mesures sur le dipôle pour en déduire sa nature ( ou ?) ainsi que la valeurs des composants.

III- ETUDE DU DIPÔLE 1 → → → →

10 points (1+2+1+1+1+2+1+1) 1- Manipulation

Réaliser le montage représenté ci- contre et effectuer la simulation temporelle de u et i (graphe ANALOG) de 100ms à 100,25ms.

Mesurer U et I (valeurs efficaces).

Mesurer le déphasage ϕ.

Déduire de la mesure de ϕ si le dipôle est inductif (RL série) ou capacitif (RC parallèle) ?

2- Schéma de Fresnel Tracer les vecteurs U

et I

sur un schéma de Fresnel avec les échelles suivantes : I

en abscisse avec 1cm→100mA et U

avec 1cm→1V.

On admet que le Dipôle1 est de type "RL série".

Tracer, sur le même schéma de Fresnel, les vecteurs UR

et UL

en utilisant les propriétés de la résistance et de l'inductance en régime sinusoïdal.

Mesurer la longueur du vecteur UR

et en déduire la valeur de la résistance R.

Mesurer la longueur du vecteur UL

et en déduire la valeur de l'inductance L.

3- Confirmation des résultats

A partir des valeurs R et L, calculer l'impédance Z₁ du dipôle1 pour f = 4kHz.

Rappel : ^Z^RLsérie ⁼ ^R²^{+ ω}

( )

^L ²

Retrouver la valeur de Z₁ en utilisant U et I mesurés au .

IV- ETUDE DU DIPÔLE 2 → → → →

10 points (1+2+1+1+1+2+1+1) 1- Manipulation

Réaliser le même montage qu'avec le dipôle 1 avec le générateur "Sine" réglé à 10V RMS et 1kHz.

Effectuer la simulation temporelle de u et i (graphe ANALOG) de 100ms à 101ms.

Mesurer U et I (valeurs efficaces). Mesurer le déphasage ϕ.

Déduire de la mesure de ϕ si le dipôle est inductif (RL série) ou capacitif (RC série) ? 2- Schéma de Fresnel

Tracer les vecteursU

et I

sur un schéma de Fresnel avec les échelles suivantes : U

en abscisse avec 1cm→2V et I

avec 1cm→10mA.

On admet que le Dipôle2 est de type "RC parallèle".

Tracer, sur le même schéma de Fresnel, les vecteurs IR

et IC

en utilisant les propriétés de la résistance et du condensateur en régime sinusoïdal.

Mesurer la longueur du vecteur IR

et en déduire la valeur de la résistance R.

Mesurer la longueur du vecteur IC

et en déduire la valeur du condensateur C.

3- Confirmation des résultats

A partir des valeurs R et C, calculer l'impédance Z₂ du dipôle2 pour f = 4kHz.

Rappel :

( )

RCparallèle 2

2

Z 1

1 C

R

=

+ ω

Retrouver la valeur de Z₂ en utilisant U et I mesurés au .

R C

R L

Générateur "Sine"

fréquence : 4kHz

RMS : 5V Sonde de courant

DIPOLE1

Masse