- B3.1 Première approche
- B3.2 Inductance et induction propre
- B3.3 Tension induite et tension d'auto-induction
- B3.4 Pertes magnétiques
- B3.5 Pertes électriques et facteur de pertes tgd
- B3.6 Schéma équivalent
- B3.7 En régime permanent (sinusoïdal)
- B3.8 Réactance inductive
- B3.9 Régime impulsionnel
- B3.10 Circuit oscillant
| Selon la Méthode d'analyse, M. J.Neuenschwander | |
| SYMBOLE* |
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B3.2 Inductance et induction propre
Le passage du courant dans un conducteur engendre un champ d'induction magnétique dans l'espace environnant. Ce phénomène se traduit par une accumulation locale d'énergie sous forme de lignes de flux magnétique. Tout composant qui utilise ces propriétés est appelé inductance ou plus communément bobine, bobine d'induction, self, ...
La perméabilité
relative exprime de combien de fois le matériau utilisé
au centre de la bobine est meilleur "conducteur" des
lignes de flux magnétique.
Plus la perméabilité est grande plus la bobine possède un grand pouvoir d'emmagasiner de l'énergie magnétique.
Pour obtenir une grande induction propre, une bobine doit avoir un noyau qui forme circuit magnétique le plus perméable possible. La valeur de L dépend beaucoup du noyau et cette propriété est utilisée pour régler la valeur d'une bobine. La saturation magnétique du noyau va également intervenir sur la valeur de L.
B3.3 Tension induite et tension d'auto-induction
B3.4 Pertes magnétiques
Il ne sera étonnant pour personne d'apprendre que l'essentiel des pertes d'une bobine sont dues au circuit magnétique.
Les pertes dans le noyau magnétique dissipent une certaine quantité de chaleur si l'enroulement est traversé par un courant alternatif. Nous pouvons distinguer deux types principaux de pertes, par hystérésis ou par courants de Foucaults.
Les pertes par hystérésis sont liées à l'existence "d'un frottement" de particules dû aux changements continuels du sens de l'aimantation. Ces pertes augmentent avec la fréquence et avec la surface du circuit magnétique.
Les pertes par courants de Foucault sont liées à l'existence de courants électriques induits dans les masses métalliques du circuit magnétique. Ces pertes augmentent au carré de la fréquence et selon la conductivité spécifique (l'inverse de la résistance spécifique) du noyau magnétique. Pour diminuer ces pertes, les circuits magnétiques sont divisés en zones isolées électriquement les unes des autres.
B3.5 Pertes électriques et facteur de pertes
Les pertes par effet Joules dues à la résistance du fil qui constitue la bobine peuvent ne pas être négligeables si les courants continus qui traversent la bobine sont important où si le fil de la bobine est très fin (petits signaux de hautes fréquences).
Le résistance du schéma peut être un élément câblé dans un circuit ou représenter l'ensemble des pertes propre de la bobine.
Les fabricants nous donnent comme pour les condensateurs le rapport de l'énergie active dissipée en chaleur avec l'énergie inductive produite par la bobine idéalisée. Ce facteur de pertes, ou tg d, fait référence aux représentations vectorielles d'un signal alternatif sinusoïdal.
B3.6 Schéma équivalent
En très hautes fréquences (dès 100MHz) l'espacement d'une spire à l'autre présente une capacité parasite qui peut prendre des proportions importantes par rapport à l'effet inductif recherché. Le comportement de la bobine peut se représenter par une bobine idéale en parallèle avec un condensateur idéal pour les effets réactifs.
Le schéma est complété par une résistance parallèle Ra qui traduit les pertes du circuit magnétique et par une résistance série Rc qui traduit la résistance du fil électrique enroulé.
Si nous cherchons à connaître le fonctionnement d'un composant en alternatif, nous pouvons aisément le mesurer à l'aide d'appareils électroniques simples: Générateurs de signaux, oscilloscopes, multimètres.
Le régime permanent le plus pratique pour les analyses en alternatif est obtenu avec un signal sinusoïdal. Nous pouvons nous attendre ensuite que l'inductance aie un comportement similaire avec un signal usuel (audio, vidéo, data,...).
Comme pour le condensateur, nous constatons que la tension et le courant ont la même forme mais sont décalés l'un par rapport à l'autre de 90 degrés ou d'un quart de période. Cette fois, le courant dans la bobine est en retard sur la tension à ses bornes lorsqu'elle est alimentée en alternatif.
Nous vérifions encore une fois qu'une bobine s'oppose à toute variation de courant. Ce qui est une autre manière de se rappeler que le courant est en retard sur la tension. Nous pouvons en déduire que cette opposition va croître avec l'augmentation de la fréquence.
Le comportement de la bobine en fonction de la fréquence entraîne une grande variation du rapport tension-courant . Lorsque la fréquence tend vers zéro, l'amplitude du courant est très grand et la bobine se comporte comme un court-circuit. A l'inverse, lorsque la fréquence est élevée, l'amplitude du courant tend vers zéro et la bobine se comporte comme un circuit ouvert.
Nous parlons de réactance inductive XL exprimé en ohm [W] pour illustrer le comportement de la bobine en fonction de la fréquence. Cette propriété va permettre de réaliser des circuits électroniques qui sauront trier des fréquences ou empêcher une plage de fréquence de passer, comme dans le cas des filtres passe-haut par exemple.
Il est utile de connaître (ou d'analyser) le comportement d'une bobine en régime impulsionnel lorsqu'elle est utilisée pour des signaux digitaux ou pour étudier ce qui se passe au moment de l'enclenchement ou du déclenchement.
Nous parlons de phénomènes transitoires et pouvons les mesurer avec un signal de "saut à l'unité", ou simplement en situation de ON -OFF. Considérons à nouveau le circuit simplifié ci-dessous et observons son comportement par la forme des diverses tensions et du courant dans le circuit.
La forme du courant dans le circuit est identique à la tension aux bornes de la résistance car la loi d'ohm reste valable i(t) = ur(t) / R.
Notons que la tension sur la bobine à changé de polarité dès l'interruption de l'alimentation. S'opposant à la fermeture du courant, la bobine devient générateur de courant en ayant inversé la tension induite à ses bornes. Cette tension de rupture peut être extrêmement élevée et entraîner un arc électrique.
La vitesse du phénomène transitoire visible dépend de la constante de temps du circuit donné par le rapport de L avec R, exprimé par la lettre grecque Tau: t = L / R [s].
B3.10 Circuit oscillant
Dans les circuits électroniques, les bobines sont souvent associées aux condensateurs . Ils peuvent être couplés soit en série soit en parallèle, le résultat est le même. Chacun de ces composant emmagasine de l'énergie l'un sous forme électrostatique (C) et l'autre électromagnétique (L).
La bobine et le condensateur emmagasinent l'énergie à tour de rôle; ces deux composants s'échangent mutuellement de l'énergie électrique en jeux. Cet échange se fait à une vitesse bien précise. Elle dépend de la valeur des composants L et C.
Si nous regardons l'évolution du courant dans le circuit série dès l'enclenchement de l'alimentation nous constatons que l'échange est de forme sinusoïdale dont la fréquence se calcule d'après la formule w2 x L x C = 1, avec w = 2 x p x f et est appelée fréquence d'oscillation fo ou fréquence de résonnance fr.
Un circuit oscillant, appelé également circuit RLC, est le siège d'oscillations dites amorties si la valeur de la résistance totale du circuit ne dépasse pas une valeur critique. Pour la courbe a le circuit est appelé sur-critique, la courbe b critique et la courbe c oscillation amorties.
Cette propriété oscillante en fait des circuits qui varient d'impédance apparente en fonction de la fréquence.
Un circuit oscillant série présente une petite impédance à la fréquence d'oscillation et une grande impédance pour toutes les autres fréquences.
Un circuit oscillant parallèle présente une grande impédance à la fréquence d'oscillation et une petite impédance pour toutes les autres fréquences.
Les circuits oscillants peuvent donc choisir une fréquence parmis d'autres ce qui est énormément utilisé en électronique de télécommunication.
