1. Productien Cu courant alternatif : Activité I :

Chapitre 3 iiltërnatif

Leçon L3

Production et rôle du courant alternatif

1. Productien Cu courant alternatif

:

Activité I

^:

l)

Placer une bobine de ferme rectangulaire dans le champ magnétique d'un aimant droit.

2) Brancher un ampèremètre à zéro

^central

(ampèremètre de basse intensité) aux bomes de la bobine

(ou remplacer un

ampèremètre

par

une ampoule).

3) Faire tourner

assez

vivement et

uniformément I'aima.nt. Observer l'ài guille de l' ampèremètre.

4) Faire tourner rapidement et uniformément I'aimant.

-.

Lorsqu'on

tourne assez

vivement et

rapidement I'aimant, comment est la déviation de I'aiguille ?

-

Si on remplace la bobine par une autre bobine avec I'augmentation du nombre de spires, comment est

la déviation de l'aiguille

de

l'ampèremètre ?

Lorsqu'on firit tourner I'aimant rapidement,

il

permet de changement des lignes de champ du champ magnétique à travers Ia bobine.

On constate que

la

déviation

de I'aiguille

augmente

;

^cela montre quJil existe

le

courant électrique dans la bobine.

Activité

2 :

1)

^Réaliser

le

montage

comme le

schéma ci- Çontre.

2) Faire tourner le catlre lentement

et uniformément en observant la lampe.

3) Faire tourner le cadre rapidement

et

'

uniformément en observanû la lampe.

: Coufant

-

En tournant lentement et rapidement le comment est la clarté de la lampe ?

cadre,

-

_Quand

on

remplace

par une autre

bobine avec l'augmentation du nombre de spires, comment est ia clarté de la lampe ?

Lorsque le montage est en circuit fermé dans un champ magnétiqLre,

il

permet de chairgement rapidement des lignes de forces traversant

la

face du cadre de la bobine, la lampe

brille.

Cela montre

qu'il

existe Ie courant électrique aux bornes du cadre.

crdrE de la bobinc

-

_D'après

l'activité l)

et2), on constate que :

t:,

t.l

Lorsqu'on fait tourner

l'aimant

dans la bobine ou fait tourner le cadre de

la

bobine dans le champ magnétique,

il

produit le courant

induit

dans la bobine ou dans le cadre de la bobine. Ce courant est appelé courant

alternatif.

La rotation de Ia bobine dans le champ magnétique de I'aimant produit un courant électrique

alternatif

c'est à dire

qui

change alternativement de sens. Un noyau de fer doux

a

été placé dans la bobine pour en amplifier les propriétés magnétiques. La bobine en rotation embrasse un

flux

magnétique variable au cours du temps: elle est donc le siège d'une force électromotrice

d'induction.

2. Alternateurs

:

Qu'est-ce qu'un alternateur ?

Un alternatettr est Lrn dispositif qui produit un courant alternatif et tburnit, à ses bornes, ui.le

tension alternative.

Constitution

d'un alternateur

:

un

alternateLrr est toujours constitlré de deux éléments essentiels :

-

Une bobine fixe.

-

Unc sotrrce de champ magnétique rotative (aimant ou un électloairnant).

Ce sont Ies bornes de la bobine fixe qr-ri fournissent une tension alternative lorsque I'aimant ou l'électroaiuiant tourne.

Principe de fonctionnement d,un

alternateur

:

L'alternateur exploite un phénomène physique appelé induction selon lequel un aimant en mouvelnent 1àit naître ^:

-

^une tension aux bornes de la bobine

-

^du rrroLrvernent d'approc.he ou d'élc.lignement de I'aimant.

Lors de la rotation d'un aimant dans un alternateur on a successivement des mouvements d'approche puis d'éloignerrleni du pôle suri malnélique puis ciu pôle nord d'une bobine située à

proxirn ité.

Cependant Ie signe de la tension produite dépend :

-

du pôle nragnétique de l'aimant (nord ou sud) présenté face.

L'alternateur

fournit donc une tension variable qui est altemativement positive puis négative.

A

chaque alternance du signe de la tension, Ies bornes positive et négative, portées par la bobine, permettent et produisent un courant électrique dont le sens slinverse.

Les deux pt'irtcipaux cotl)posanLs de I'alternateur sont l'airnant et la bobine.

54

5

c;

Il

existe

deux types

d'alternateurs

: alternateur

de dynamo) et alternateur industriel.

3. Rôle du courant alternatif

Activité:

voitures

(générateur

dé

bicyclette

a) b)

l)

Brancher les fiches d'un

fil

conducteur reliant à une lampe à une prise d'un réseau électriquc

de

la classe. Observer l'effet de Ia lampe.

2)

Mettre en contact le tournevis-testeur à la prise. Observer I'effet du tournevis-tesleur.

3) Placer des petits clous à proximité d'une bobine, puis brancher les deux bornes de la bobinc au transformateur de

6V

dont I'interruptenr est inséré dans

I'un

des

fils

conducteurs de la bobine. Fermer I'interrupteur et observer les petits clous.

-

Lorsqtt'on branche les fiches du fil. conducteur

à

la prise, comment êst Ia lampe

?

_eue peut-on dire dc cet effet ?

-

Lorsqu'on branche le tournevis-testeur à Ia prise, quel effet apparaît-il

?

_eue peut-on dire de cet effet ?

-

Lorsque l'interrupteur est fermé, comment sont-ils les clous

? eue

^{peut-on dire de cet} effet ?

Les résultats obtenus sont :

-

Les filaments

de la

lampe

brillent et la

lampe s'échauffe, céla montre que

le

courant alternatif produit I'effet thermiq ue.

-

^Le tournevis-testeur brille, cela montre que le courant alternatif produit l,effet rayonnant.

-

Les clous s'accrochent

la

bobine, cela montre que

Ie

courant alternatif

produit l,effet

magnétique.

I 4 tÉttrn ^I EvF raoutnrlL l

t

-,1 -'

Le

courant alternatif peut produire encore d'autres effets. par exemple

:

élèctrocution,

L'électrocution

peut provoquer la mort. :

Dans l'utilisation, le

courant alternatif

joue le rôle très

important

pour

développer l'économie, la société et notre

vic

quotidicnnc.

On

I'utilise encore dans les moteurs des usines, du moulin, de la scierie, du monte-charge, du pressoir, du broyeur, du rabot, des ventilateurs, de la perceuse ...dans les appareils thermiques: fer à repasser, four, fer ^à souder, autocuiseur

...

dans les appareils rayonnants : tube fluorescent, ampoule ...

Le courant électrique a le rôle important de la translormation d'énergie en autres formes d'énergie que nous avons vu dans la vie courante-

-î

,{. _{Moteur à courant} alternatif

^:

Une rnachine éiectrique est un <iispositii éiectroméc:rnique basé sur I'

permettant la conversion d'énergie électrique par exemple en

travail

ou énergie rnécanique. Ce processus est réversible et peut se rvir à produire de'l'électricité ^:

.

Les machines électriques produisant de l'énergie électrique à partir d'une énergie mécanique

sont

colnmunément appelées

des

génératrices. dyrramos

ou alfernateurs suivant

la technologie utilisée.

Les machines électriques produisant une énergie nrécanique à partil d'une énergie électrique sont colxmLrnément appelées cies moteurs.

a)

Le ntoteur à courant

alternatif.

Ces moteurs alternatifs se déclinent en trois fyoes :

'

Les moteurs universels _;

.

Les moteurs asynchrones _;

.

Les moteurs synchrones.

Ces deux dernières machines ne diffèrent que par leur rotor-

Le moteur à courant alternatif ne change pas tellement du moteur à courant continue. Tous les élérnents sont gardés mais on y trouve une modification dans les balais du moteur. En effet on voit qu'il n'y a pas d'inducteur. C'est la fiéquence du courant qui sert à faire changer le sens

de I'intensité du courant. Nous avons démonté un moteur de sèche-cheveux. Dans ce moteur- nous avons trouvé 3 par'cies. Le

rotor,

le stator et les balais.

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b)

Constitution

d'un

moteur à courant

alternatif

^:

La

machine synchrone se compose d'une partie tournante,

le rotor, et

d'une paitie

fixe,

le

stator. Le rotor

peut se composer d'aimants permanents

ou

être constitué d'Lrn bobinage rectangulaire alimenté en courant continu et d'un

circuit

magnétique (électro-aiur:rnt).

Pour produire

du

cottrant,

on utilise

une force extérieure pour

faire

tourner

lc

rotor

:

^son

champ magnétique, en tournant, induit un

courant

électrique

alternatif

dans lcs bobines du stator. La vitesse de ce champ tournant est appelée < vitesse de synchronisme >.

c) Principc

de fonctionnement :

Lorsqu'une bobine axiale tournant placée dans

un

champ magnétique-8, parcorrru

par

un courant, le champ magnétique subit un couple de force sur les deux côtés de la bobine et produit le moment du coLrple de force. Le moment du coLrple s'exprime par la relation :

M:IxNxBxS

I

^: l'intensité du courant, en ampère (A)

N

: le nombre de tours de la bobine, en tours (ou en spires) B : I'intensité du champ magnétique, en tesla (T)

S : la section de la bobine, en mètre cané ^(m2)

M

: le moment du couple de force, en joule (J)

Avec le dévelcppement de l'électronique de pyissance, le moteur synchrone (moteur à courant alternatif)

vient à

remplacer

de pius en plus

fréquemment

le

moteur

à

côurant continu. Ne possédant pas de dispositif balais-collecteur, dont la fonction est déplacée dans l'électronique de puissance, on élimine une problématique de maintenance et de vitesse limite.

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