Module 3 V10 - Principes Essentiels d’Électricité - PDF
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2023
Makdad Anass
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Ce document est un livret d'étude sur les principes fondamentaux de l'électricité, destiné aux étudiants de Licence B1/B2. Il couvre des sujets tels que la théorie des électrons, l'électricité statique, la génération d'électricité et les circuits électriques.
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Module 3 Principes essentiels d’électricité Licence B1/B2 Livret destiné aux stagiaires Édition 2023 AIR FORMATION Centre de Formation Aéronautique Agréé EASA PART 147 Ce document a été édité par...
Module 3 Principes essentiels d’électricité Licence B1/B2 Livret destiné aux stagiaires Édition 2023 AIR FORMATION Centre de Formation Aéronautique Agréé EASA PART 147 Ce document a été édité par AIR FORMATION. Il ne doit en aucun cas être utilisé à d'autres fins que celles 14 Avenue Escadrille Normandie pour lesquelles il est fourni Niémen et les informations qu'il contient ne peuvent être divulguées à des tiers non habilités. 31700 BLAGNAC - FRANCE Module 3 V10 Page 2 sur 178 Ce document a été édité par AIR FORMATION. Il ne doit en aucun cas être utilisé à d'autres fins que celles pour lesquelles il est fourni et les informations qu'il contient ne peuvent être divulguées à des tiers non habilités. Cette documentation est un document d’instruction, elle ne sera pas remise à jour, elle ne doit pas être considérée comme une référence réglementaire ou technique. GARANTS DES LIVRETS Visa Rédacteur Visa Responsable Visa adjoint responsable Visa Responsable Makdad Anass Module formation Qualité Nicolas Vasseur Laurent Vingadassalom David RENARD GLOSSAIRE Un glossaire commun à l’ensemble des modules vous sera remis. TABLEAU D'EVOLUTION Date Pages modifiées Version 08/03/2010 Nouvelle édition V03 P 14, 20, 51, 57, 79, 81, 112 ,104, 113, 153, 15/02/2011 V04 154, 155 Correction des pages 55, 117, 166 30/11/2012 V05 P4 application 1149/2011 25/05/2013 Refonte globale V06 Page de garde et page 1 : adresse, signatures et noms modifiés + édition 10/05/2016 V07 Pied de page modifié sur l’ensemble du document 06/05/2022 Nouvelle Edition V08 03/07/2023 Modification des liens des annexes V09 24/08/2023 Mise à jour syllabus et veille technologique V10 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 3 sur 178 Sujet Module 3 Principes essentiels d’électricité: Catégorie B1 B2 : 52 questions à choix multiples et 0 question à développement. Temps alloué 65 minutes. Exigences en matière de connaissances de base Niveau MODULE 3. PRINCIPES ESSENTIELS D’ÉLECTRICITÉ B1 B2 3.1 Théorie des électrons. 1 3.2 Électricité statique et conduction 2 3.3 Terminologie électrique 2 3.4 Génération de l'électricité 1 3.5 Sources d'électricité à courant continu 2 3.6 Circuits de courant continu 2 3.7 Résistance/résistances a) Résistance 2 b) Résistances 1 3.8 Puissance 2 3.9 Capacitance/condensateur 2 3.10 Magnétisme a) Théorie du magnétisme 2 b) Force magnétomotrice 2 3.11 Inductance/inducteur 2 3.12 Moteur à courant continu/théorie des générateurs 2 3.13 Théorie du courant alternatif 2 3.14 Circuits résistants (R), capacitifs (C) et inductifs (L) 2 3.15 Transformateurs 2 3.16 Filtres 1 3.17 Générateurs de courant alternatif 2 3.18 Moteurs à courant alternatif 2 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 4 sur 178 Les connaissances de base pour les catégories A, B1 et B2 sont indiquées par l'attribution d'indicateurs de niveaux de connaissance (1, 2 ou 3) pour chaque sujet concerné. Les indicateurs de niveau de connaissances sont définis comme suit : NIVEAU 1 Une familiarisation avec les éléments principaux du sujet. Objectifs : Le postulant devra être familiarisé avec les éléments de base du sujet. Le postulant devra être capable de donner une description simple de la totalité du sujet, en utilisant des mots communs et des exemples. Le postulant devra être capable d'utiliser des termes typiques. NIVEAU 2 Une connaissance générale des aspects théoriques et pratiques du sujet et une capacité à appliquer cette connaissance. Objectifs : Le postulant devra être capable de comprendre les principes essentiels théoriques du sujet. Le postulant devra être capable de donner une description générale du sujet, en utilisant, comme il convient, des exemples typiques. Le postulant devra être capable d'utiliser des formules mathématiques conjointement aux lois physiques décrivant le sujet. Le postulant devra être capable de lire et de comprendre des croquis, des dessins et des schémas décrivant le sujet. Le postulant devra être capable d'appliquer ses connaissances d'une manière pratique en utilisant des procédures détaillées. NIVEAU 3 Une connaissance détaillée des aspects théoriques et pratiques du sujet et une capacité à combiner et appliquer des éléments de connaissances séparés d'une manière logique et compréhensible. Objectifs : Le postulant devra connaître la théorie du sujet et les relations avec les autres sujets. Le postulant devra être capable de donner une description détaillée du sujet en utilisant les principes essentiels théoriques et des exemples spécifiques. Le postulant devra comprendre et être capable d'utiliser les formules mathématiques en rapport avec le sujet. Le postulant devra être capable de lire, de comprendre et de préparer des croquis, des dessins simples et des schémas décrivant le sujet. Le postulant devra être capable d'appliquer ses connaissances d'une manière pratique en utilisant les instructions du constructeur. Le postulant devra être capable d'interpréter les résultats provenant de différentes sources et mesures et d'appliquer une action corrective comme il convient. AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 5 sur 178 Table des matières 1. Théorie des électrons............................................................................................................................................... 13 Molécule.............................................................................................................................................................. 13 L’atome............................................................................................................................................................... 13 Composition de l'atome....................................................................................................................................... 14 1.3.1. Définition et structure de l’atome....................................................................................................................... 14 1.3.3. Les ions et le deplacement des électrons............................................................................................................. 16 1.3.4. Corps conducteurs............................................................................................................................................... 17 1.3.5. Corps isolants...................................................................................................................................................... 17 1.3.6. Les semi-conducteurs......................................................................................................................................... 18 2. Electricité statique et conduction............................................................................................................................. 19 Electricité statique............................................................................................................................................... 19 Repartition des charges électrostatiques............................................................................................................. 20 Charge et champ électriques............................................................................................................................... 21 2.3.1. Attraction et répulsion de deux charges électriques............................................................................................ 21 2.3.2. Champ électrique................................................................................................................................................ 21 La loi de Coulomb................................................................................................................................................ 22 Conduction de l’électricité................................................................................................................................... 22 2.5.1. Conduction de l’électricité dans les solides.......................................................................................................... 22 2.5.2. Conduction de l’électricité dans les liquides........................................................................................................ 23 2.5.3. Conduction de l’électricité dans les gaz............................................................................................................... 23 2.5.4. Conduction de l’électricité dans le vide............................................................................................................... 24 3. Terminologie électrique........................................................................................................................................... 25 Charge électrique et génération de courant........................................................................................................ 25 3.1.1. Charge électrique................................................................................................................................................ 25 Potentiel électrique............................................................................................................................................. 25 Différence de potentiel........................................................................................................................................ 25 Énergie potentielle dans un champ électrique..................................................................................................... 26 Force électromotrice............................................................................................................................................ 26 Tension................................................................................................................................................................ 26 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 6 sur 178 Représentations conventionnelles de U, VA-VB, E................................................................................................. 26 Courant électrique............................................................................................................................................... 27 Courant conventionnel et courant électronique................................................................................................... 28 Résistance........................................................................................................................................................... 29 Conductance........................................................................................................................................................ 29 4. Génération de l’électricité........................................................................................................................................ 30 Magnétisme et mouvement................................................................................................................................ 30 Action chimique................................................................................................................................................... 31 La lumière............................................................................................................................................................ 32 La pression : effet Piézo-électrique...................................................................................................................... 33 Thermoéletricité.................................................................................................................................................. 34 5. Sources d’électricité à courant continu.................................................................................................................... 35 Accumulateurs..................................................................................................................................................... 35 5.1.1 Constitution d'un générateur électrochimique.................................................................................................... 36 5.1.2 Différents générateurs électrochimiques............................................................................................................. 37 Accumulateur au plomb...................................................................................................................................... 38 5.2.1. Constitution......................................................................................................................................................... 38 5.2.2. Fonctionnement.................................................................................................................................................. 40 Accumulateur au Nickel-cadmium....................................................................................................................... 43 Tension f.e.m. et résistance interne..................................................................................................................... 44 Association d'accumulateurs............................................................................................................................... 45 Thermocouples.................................................................................................................................................... 46 5.6.1. Effet Seebeck ou effet thermoélectrique............................................................................................................. 46 5.6.2. Constitution du thermocouple............................................................................................................................. 47 Cellules photoélectriques..................................................................................................................................... 48 6. Circuits de courant continu...................................................................................................................................... 49 Branches, nœuds et mailles................................................................................................................................. 50 Couplages séries, parallèles et mixtes.................................................................................................................. 50 6.2.1. Couplage série..................................................................................................................................................... 50 6.2.2. Couplage parallèle............................................................................................................................................... 51 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 7 sur 178 6.2.3. Couplage mixte.................................................................................................................................................... 51 Loi des nœuds ou Loi de Kirchhoff relative aux courants...................................................................................... 52 Loi des mailles ou Loi de Kirchhoff relative aux tensions...................................................................................... 53 Loi d’ohm............................................................................................................................................................. 54 6.5.1. Loi d'ohm pour un résistor................................................................................................................................... 54 Résistance interne d’un générateur..................................................................................................................... 55 7. Resistance électrique « R »...................................................................................................................................... 56 Définition de la Résistance................................................................................................................................... 56 Résistance spécifique........................................................................................................................................... 57 Résistances fixes.................................................................................................................................................. 58 7.3.1. Données techniques des résistances fixes........................................................................................................... 58 7.3.2. Technique de fabrication des résistances fixes.................................................................................................... 58 Résistances ajustables et variables...................................................................................................................... 59 7.4.1. Les potentiomètres.............................................................................................................................................. 59 7.4.2. Les rhéostats...................................................................................................................................................... 60 7.4.3. Résistances variables........................................................................................................................................... 61 Marquage des résistances................................................................................................................................... 63 7.5.1. Valeur réelle d’une résistance............................................................................................................................. 63 7.5.2. Code des couleurs................................................................................................................................................ 63 Montages série et dérivation (ou parallèle) des résistances................................................................................ 65 7.6.1. Montage en série................................................................................................................................................. 65 7.6.2. Montage en dérivation ou en parallèle................................................................................................................ 65 7.6.3. Combinaison (série / parallèle)............................................................................................................................ 66 Le pont de Wheatstone........................................................................................................................................ 67 7.7.1. Réalisation........................................................................................................................................................... 68 8. Travail - Puissance - Energie..................................................................................................................................... 69 Force.................................................................................................................................................................... 69 Puissance............................................................................................................................................................. 70 Rendement et pertes........................................................................................................................................... 71 Calculs de puissance............................................................................................................................................ 72 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 8 sur 178 9. Capacité et condensateur......................................................................................................................................... 73 Fonctionnement du condensateur :..................................................................................................................... 73 Caractéristiques électriques des condensateurs................................................................................................... 75 9.2.1. Capacité............................................................................................................................................................... 75 9.2.2. Les tensions......................................................................................................................................................... 76 9.2.3. Le courant de fuite.............................................................................................................................................. 76 9.2.4. Permittivité......................................................................................................................................................... 76 Lois électriques.................................................................................................................................................... 77 9.3.1. Facteurs affectant la capacité.............................................................................................................................. 77 Marquage des condensateurs.............................................................................................................................. 79 9.4.1. Code des couleurs................................................................................................................................................ 79 9.4.2. Autres marquages............................................................................................................................................... 80 Couplage des condensateurs:.............................................................................................................................. 81 Charge et décharge d’un condensateur............................................................................................................... 82 9.6.1. Charge d’un condensateur................................................................................................................................... 82 9.6.2. Décharge d’un condensateur :............................................................................................................................. 83 Utilisation des condensateurs.............................................................................................................................. 84 9.7.1. En courant continu.............................................................................................................................................. 84 9.7.2. En courant alternatif............................................................................................................................................ 84 9.7.3. Contrôle des condensateurs................................................................................................................................ 85 10. Magnétisme........................................................................................................................................................ 86 Les aimants......................................................................................................................................................... 86 Propriétés des aimants........................................................................................................................................ 87 Champ magnétique............................................................................................................................................. 88 10.3.1. Aimant placé dans le champ magnétique terrestre......................................................................................... 89 10.3.2. Action du champ magnétique terrestre :......................................................................................................... 89 Magnétisation et démagnétisation..................................................................................................................... 90 10.4.1. Structure moléculaire :.................................................................................................................................... 90 10.4.2. Magnétisation................................................................................................................................................. 90 10.4.3. Démagnétisation............................................................................................................................................. 90 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 9 sur 178 Perturbations magnétiques................................................................................................................................. 92 10.5.1. Origines des perturbations magnétiques........................................................................................................ 92 10.5.2. Systèmes de protection :................................................................................................................................. 93 Matériaux magnétiques:..................................................................................................................................... 94 Electroaimants.................................................................................................................................................... 95 10.7.1. Construction................................................................................................................................................... 95 10.7.2. Fonctionnement.............................................................................................................................................. 96 Flux magnétique.................................................................................................................................................. 97 Hystérésis magnétique........................................................................................................................................ 98 10.9.1. Cycle d’hystérésis :.......................................................................................................................................... 98 Manipulation et stockage des aimants......................................................................................................... 100 11. Electromagnétisme............................................................................................................................................ 102 Induction magnétique....................................................................................................................................... 102 Induction dans une SPIRE................................................................................................................................... 103 11.2.1. Sens de la FORCE F........................................................................................................................................ 104 11.3.1. f.e.m induite dans un conducteur rectiligne.................................................................................................. 104 11.3.2. Loi de FARADAY............................................................................................................................................ 105 Loi de LENZ........................................................................................................................................................ 106 11.4.1. f.e.m induite dans une bobine...................................................................................................................... 106 11.4.2. f.e.m auto-induite......................................................................................................................................... 107 11.4.3. Notion de force contre-électromotrice (f.c.e.m.).......................................................................................... 107 Induction mutuelle............................................................................................................................................ 108 12. Les moteurs à courant continu.......................................................................................................................... 110 12.1. Théorie de base des machines à courant continu............................................................................................... 110 12.1.1. Conversion d’énergie.................................................................................................................................... 110 12.1.2. Constitution.................................................................................................................................................. 111 12.1.3. Symboles...................................................................................................................................................... 111 12.1.4. Modes d’excitation....................................................................................................................................... 111 12.2. Génératrices à courant continu.......................................................................................................................... 112 12.2.1. Caractéristiques de construction................................................................................................................... 113 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 10 sur 178 12.2.2. Fonctionnement en génératrice.................................................................................................................... 114 12.3. Moteurs à courant continu................................................................................................................................ 115 12.3.1. Modèle équivalent d’un moteur................................................................................................................... 115 12.4. Vitesse de rotation............................................................................................................................................ 116 12.4.1. Courant dans l’induit et démarrage.............................................................................................................. 116 12.4.2. Couple moteur.............................................................................................................................................. 116 12.4.3. Sens de rotation............................................................................................................................................ 116 12.5. Génératrices – Démarreurs................................................................................................................................ 117 12.5.1. Principe de fonctionnement.......................................................................................................................... 117 13. Courant alternatif.............................................................................................................................................. 119 13.1. Définition........................................................................................................................................................... 119 13.3. Etude du courant alternatif sinusoïdal............................................................................................................... 121 13.5. Puissances en alternatif..................................................................................................................................... 128 13.5.1. Puissance Apparente (S)................................................................................................................................ 128 13.5.2. Puissance Active (P)...................................................................................................................................... 128 13.5.3. Puissance Réactive (Q).................................................................................................................................. 128 14. Circuits résistants R, capacitifs C et inductifs L................................................................................................... 130 14.1. Circuits alimentés en courant alternatif............................................................................................................. 130 14.1.1. Déphasage.................................................................................................................................................... 131 14.2. Comportement des divers composants R, L, et C................................................................................................ 131 14.2.1. Définition des composants............................................................................................................................ 131 14.3. Associations R L C.............................................................................................................................................. 137 14.3.1. L’impédance.................................................................................................................................................. 137 14.3.2. Associations série......................................................................................................................................... 137 14.3.3. Associations parallèle................................................................................................................................... 138 15. Transformateurs................................................................................................................................................ 140 15.1. Définition........................................................................................................................................................... 140 15.2. Buts................................................................................................................................................................... 140 15.3. Constitution....................................................................................................................................................... 141 15.4. Principe de fonctionnement............................................................................................................................... 142 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 11 sur 178 15.4.1. Rapport de transformation (m)..................................................................................................................... 142 15.4.2. Principe de conservation de l'énergie........................................................................................................... 143 15.4.3. Pertes............................................................................................................................................................ 144 15.4.4. Rendement (η).............................................................................................................................................. 145 15.4.5. Fonctionnement en charge, fonctionnement réel......................................................................................... 145 15.4.7. Transformateur triphasé............................................................................................................................... 147 15.4.8. Constitution / principe.................................................................................................................................. 147 15.4.9. Couplage....................................................................................................................................................... 148 16. Les filtres........................................................................................................................................................... 150 16.1. Caractéristiques................................................................................................................................................. 150 16.1.1. Nature du filtre............................................................................................................................................. 150 16.1.2. Type de filtre................................................................................................................................................. 151 16.1.3. Fréquence de coupure, bande passante, bande réjectrice............................................................................ 151 16.1.4. Ordre d’un filtre............................................................................................................................................ 151 16.2. Filtres R-C.......................................................................................................................................................... 152 16.2.1. Le filtre passe-bas......................................................................................................................................... 152 16.2.2. Le filtre passe-haut....................................................................................................................................... 153 16.3. Filtres R-L-C parallèles ou circuits « bouchon ».................................................................................................. 154 16.3.1. Filtre coupe bande........................................................................................................................................ 154 16.3.2. Filtre passe bande......................................................................................................................................... 155 17. Générateurs de courant alternatif..................................................................................................................... 156 17.1. Définition........................................................................................................................................................... 156 17.2. Théorie de base:................................................................................................................................................ 156 17.2.1. Production d’une f.e.m sinusoïdale :............................................................................................................ 156 17.2.2. Fréquence des générateurs tournants........................................................................................................... 158 17.3. Constitution....................................................................................................................................................... 159 17.3.1. Inducteur...................................................................................................................................................... 159 17.3.2. Induit........................................................................................................................................................... 159 17.4. Alternateur monophasé..................................................................................................................................... 160 17.6. Alternateur triphasé : à inducteur tournant....................................................................................................... 161 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 12 sur 178 17.6.1. Couplage des alternateurs triphasés............................................................................................................. 162 17.7. Alternateur à aimants permanents.................................................................................................................... 165 17.7.1. Réalisation sur aéronefs................................................................................................................................ 165 18. Moteurs à courant alternatif............................................................................................................................. 166 18.1. Définition........................................................................................................................................................... 166 18.2. Théorie de base................................................................................................................................................. 166 18.2.1. Production d’un champ magnétique tournant.............................................................................................. 166 18.3. Moteur synchrone............................................................................................................................................. 166 18.4. Moteur asynchrone........................................................................................................................................... 167 18.4.3. Relations de fonctionnement........................................................................................................................ 169 18.4.4. Sens de rotation............................................................................................................................................ 170 Détermination de la valeur d'un fusible.......................................................................................................................... 174 TECHNIQUE DE FABRICATION DES RÉSISTANCES FIXES.................................................................................................... 175 AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 13 sur 178 1. Théorie des électrons Rappel des objectifs : Une familiarisation avec les éléments principaux de la structure et la répartition des charges électriques dans: les atomes, les molécules, les ions, les composés; ainsi que la structure moléculaire des conducteurs, des semi-conducteurs et des isolateurs. Les corps rencontrés à l'état naturel sont généralement des mélanges formés de plusieurs corps purs ou composés. Exemple : l'eau de mer est constituée principalement d'eau et de sel. Molécule La plus petite partie d'un corps qui conserve toutes les propriétés de ce corps est appelée "molécule". 1 molécule d'eau bout à 100 °C, gèle à 0 °C et à une densité égale à 1. La molécule est infiniment petite, une goutte d'eau est formée d'à peu près 2 millions de molécules d'eau. L’atome La molécule n'est pas seulement une masse infiniment petite de matière déterminée, elle est elle- même composée d'un nombre plus ou moins grand de corps purs appelés "atomes". Si la molécule est constituée d'atomes identiques, le corps est simple (le cuivre, l'hélium…) Si les atomes sont différents, le corps est composé. Une molécule d'eau (H2O) est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, Afin de mieux comprendre la structure d’une molécule (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) AIR FORMATION CFM 66 © 2023 Module 3 V10 Page 14 sur 174 Composition de l'atome 1.3.1. Définition et structure de l’atome Les principales particules sont : - l’électron qui est la plus petite quantité d’électricité, de charge négative. - le proton de charge électrique positive, opposée à celle de l’électron. - le neutron, particule neutre (sans charge électrique). Dans un atome, on peut distinguer deux parties essentielles : le noyau (au centre) et le nuage électronique (en périphérie). Les électrons tournent autour du noyau et forment le nuage électronique Les protons et les neutrons, fortement liés les uns aux autres, forment le noyau. L’atome est électriquement neutre. Il y a autant d’électrons dans le nuage électronique que de protons dans le noyau. 1.3.2. Couches péripheriques C'est la couche la plus externe d'un atome, ses électrons sont appelés électrons peripheriques La couche la plus proche du noyau est la couche K qui peut porter jusqu'à 2 électrons ; puis vient la couche L qui peut porter jusqu'à 8 électrons ; puis vient la couche M qui peut porter jusqu'à 18 électrons,… Les propriétés électriques dépendent des électrons de la couche périphérique. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 15 sur 174 ✓ Les bons conducteurs ont leur dernière couche incomplète. Ils céderont facilement leurs électrons. ✓ Les isolants ont leur dernière couche saturée ou presque saturée. Ils accepteront peu d'électrons. ✓ Certains matériaux ont autant d'électrons à prendre qu'à donner pour avoir leurs couches saturées. Ces matériaux portent le nom de semi-conducteurs. Afin de mieux comprendre le modèle atomique (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) Pour accéder à un tableau périodique avec tout les atomes et leurs composistions cliquer sur le lien ci-dessous AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 16 sur 174 1.3.3. Les ions et le deplacement des électrons On appelle ion, un atome ou un groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. L'équilibre des charges n'est donc plus respecté et l'atome n'est plus neutre. Un atome chargé négativement (ion négatif) a un excès d'électrons. Un atome chargé positivement (ion positif) a un manque d'électrons. Lorsque deux atomes, de charges opposées sont à une certaine distance l'un de l'autre, il y a un phénomène d'attraction et un courant électrique circule. Exemple : l’atome de cuivre possède 29 électrons. Si un électron quitte l’atome, il y a une charge positive du noyau non compensée ; l’ensemble est positif et devient un ion cuivre positif Cu+. L’atome de cuivre peut perdre deux électrons et se transforme alors en ion Cu2+. Electrons libres Ce déplacement d'électrons peut être organisé, tous les électrons libres se déplaçant alors dans un même sens de façon DIRIGEE et ORDONNEE. Electrons libres Ce déplacement d'ensemble constitue le courant electrique. Le rôle d'un générateur électrique est précisément de provoquer ce mouvement d'ensemble des électrons libres, donc de produire et d'entretenir un courant électrique. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 17 sur 174 1.3.4. Corps conducteurs Les corps conducteurs possèdent des électrons libres. Ils permettent le passage d'un courant électrique ; tous les métaux sont conducteurs à des degrés différents, le cuivre étant le bon conducteur par excellence. La conductivité électrique des métaux diminue si la température augmente Exemple : Dans la photo ci-dessous on peut voir un cœur électriques contenant des cables fait en cuivre présents dans un avion Structure moléculaire Sulfate de cuivre 1.3.5. Corps isolants Un isolant est constitué d’un matériaux qui ne conduit pas le courant électrique Exemple : Le papier, le verre, le bois, le tissus et matières plastiques,… Structure moléculaire Sulfate de cuivre AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 18 sur 174 Afin de mieux comprendre la différence entre les corps conducteurs et les corps isolants (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) 1.3.6. Les semi-conducteurs Le semi-conducteur peut conduire l'électricité dans certaines conditions mais pas dans d'autres, ce qui en fait un bon moyen de contrôler un courant électrique. En effet, ses propriétés électriques lui permettent à la fois d'être conducteur (comme les métaux) et isolant. La conduction des semi-conducteurs augmente avec la température. Structure moléculaire du Silicium Dans le secteur aéronautique les semi conducteurs vont être présents dans tous les sytèmes électroniques qui sont a bord d’un avion. Radar météorologique à semi-conducteurs Collins AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 19 sur 174 2. Electricité statique et conduction Rappel des objectifs : Une connaissance générale des aspects théoriques et pratiques sur l’électricité statique et la répartition des charges électrostatiques; des lois électrostatiques d'attraction et de répulsion; de l’unités de charge, de la loi de Coulomb; de la conduction de l'électricité dans les solides, les liquides, les gaz et dans le vide et une capacité à appliquer cette connaissance. On parle d’électricité lorsqu’il y a transfert de charges électriques. Ce transfert peut être produit de deux façons : Par application d’une différence de potentiel aux bornes d’un circuit à l’aide d’une source, ce qui provoque le passage d’un courant électrique(génerateur électrique). Par accumulation de charges électriques entre deux matériaux (électricté statique). Electricité statique L’électricité statique est un phénomène d’accumulation de charges électriques à la surface des matériaux ; c’est la première forme d’électricité connue. Elle diffère de l’électricité utilisée comme énergie qui est une circulation ordonnée d’électrons dans un circuit. Elle est caractérisée par des manifestations très difficilement contrôlables et reproductibles, de brève durée, ce qui implique des précautions : l’avion en vol acquiert des potentiels élevés et dangereux sur la cellule ; Un opérateur de maintenance peut provoquer des dommages à des systèmes électroniques sensibles par simple contact par décharge électrostatique (ESD=Electro Static Discharge) Application aéronautique : Les dépediteurs d’électricité statique Le rôle des déperditeurs d'électricité statique ou déperditeurs de potentiel est de faciliter la dispersion de l’électricité statique qui s’accumule sur le fuselage lorsque l'avion traverse des nuages fortement chargés en électricité mais aussi par le frottement de l’air surtout si celui est sec, avec les parties métalliques de l’appareil. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 20 sur 174 Repartition des charges électrostatiques Le champ électrique est plus fort au voisinage d’une pointe conductrice chargée car la densité surfacique des charges est plus élevée ; les charges électriques ont tendance à s’y regrouper. C’est pourquoi les phénomènes de décharges s’y produisent : l’application en est le paratonnerre ou les déperditeurs de potentiels sur aéronefs. Un avion en vol, se déplace à grande vitesse. Les frottements de la carlingue contre l’air, les poussières atmosphériques, etc., la traversée de nuages porteurs de charges électriques ou encore le contact avec des espèces ioniques provenant des gaz brûlés, provoquent une accumulation de charges électriques. Le risque de décharge électrique (tension de plusieurs dizaines de milliers de volts et courant de quelques dizaines de milliampères) peut détériorer des systèmes électriques. D’où l’attention à porter sur des équipements « ESDS » (Electrostatic discharge sensitive). Déperditeurs d’électricité statique Même en atelier, de nombreux organes doivent être protégés par des mises à la terre ou des liaisons équipotentielles. Application aéronautique : Les dépediteurs d’électricité statique Le rôle des déperditeurs d'électricité statique ou déperditeurs de potentiel est de faciliter la dispersion de l’électricité statique qui s’accumule sur le fuselage lorsque l'avion traverse des nuages fortement chargés en électricité mais aussi par le frottement de l’air surtout si celui est sec, avec les parties métalliques de l’appareil. Afin de mieux comprendre l’électricité statique (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 21 sur 174 Charge et champ électriques On appelle charge électrique élémentaire, la plus petite quantité d’électricité, notée « e », elle vaut : e =1,6.10-19 C avec C : Coulomb. 2.3.1. Attraction et répulsion de deux charges électriques Lorsque 2 objets sont chargés électriquement, il s’exerce entre eux des forces d’attraction ou de répulsion : Il y a attraction si les charges sont de signes opposés. - Attraction + Il y a répulsion si les charges sont de même signe. - - Répulsion + + 2.3.2. Champ électrique Une charge électrique modifie l’espace autour d’elle en produisant un champ électrique. + - Les lignes de champ (ou de Les lignes de champ (ou de force) divergent de la force) convergent de l’extérieur particule vers l’extérieur vers la particule. On révèle l’existence d’un champ électrique par les effets sur des particules chargées placées dans le voisinage du champ. Toute charge placée dans un champ électrique subit une force d’attraction ou de répulsion. L’intensité d’un champ électrique, noté E, se mesure en volt par mètre (V/m). AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 22 sur 174 La loi de Coulomb Elle exprime la force électrique qu’une charge électrique exerce sur une autre charge électrique : Enoncé Deux charges électriques s’attirent ou se repoussent mutuellement avec une force proportionnelle au produit de la valeur des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Relation QA. QB F=k. u. R2 L’application numérique se fait à partir de : QA et QB : charges électriques en Coulomb (C) 𝐐𝐚. 𝐐𝐛 F : force en Newton (N) 𝐅 = 𝐤. 𝐑𝟐 R : distance entre les 2 charges, en m k : constante de proportionnalité ; 𝐍.𝐦𝟐 k = 9. 109. 𝐂𝟐 Conduction de l’électricité L’électricité est le mouvement de charges électriques dans les milieux matériels ou le vide ; les charges qui constituent le courant électrique peuvent être soit des électrons soit des atomes ou des molécules ayant perdu ou gagné des électrons : ions négatifs ou positifs. 2.5.1. Conduction de l’électricité dans les solides Les solides conducteurs permettent le passage du courant par déplacement des électrons de la couche périphérique externe. Le cuivre et l’aluminium sont parmi les plus utilisés. Tous les métaux sont conducteurs de l’électricité avec en général leur résistivité (capacité à s’opposer à la circulation du courant) qui augmente avec la température. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 23 sur 174 Les semi-conducteurs présentent une résistivité intermédiaire entre un isolant et un conducteur; cette résistivité diminue avec l’élévation de température et il devient possible de faire circuler des électrons et de donner lieu à un courant électrique. 2.5.2. Conduction de l’électricité dans les liquides Les liquides purs (à structure moléculaire) ne sont pas conducteurs car il n’y a pas d’électrons libres. Les charges électriques qui permettent la conduction sont des ions qui proviennent d’électrolytes (substances ioniques en solution) : le nombre d’ions positifs (cations) et d’ions négatifs (anions) est tel que la charge totale est nulle. En l’absence de tension électrique, les ions se déplacent de façon désordonnée ; l’application d’une tension provoque le déplacement des ions + et des ions – en sens inverse les uns des autres : il y a double migration d’ions. Afin de mieux comprendre la conduction d’électricité dans les solides et les liquides (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) 2.5.3. Conduction de l’électricité dans les gaz Les gaz sont théoriquement des isolants parfaits car les atomes ou les molécules ne sont pas liés entre eux. La présence d’agents ionisants tels que les rayonnements (UV, IR,..) ou l’agitation thermique provoque la production d’ions, donc la possibilité de courant ionique. (Exemple : Boule de plasma) En présence d’un champ électrique élevé, l’énergie des ions produit une réaction en chaîne : il y a amorçage et production d’énergie lumineuse. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 24 sur 174 Afin de mieux comprendre la création du courant dans un gaz (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) 2.5.4. Conduction de l’électricité dans le vide L’électricté ne se propage pas naturellement dans le vide. Il peut exister un mouvement de charges électriques négatives (électrons) lorsque ces derniers sont émis par une cathode à la suite d’un effet thermoélectrique, photoélectrique ou par collisions violentes avec d’autres électrons.C’est le principe du tube cathodique Voir expérience du tube de Crookes, l’ancétre du tube cathodique. Afin de mieux comprendre le fonctionnement du tube de Crookes (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 25 sur 174 3. Terminologie électrique Rappel des objectifs : Une connaissance générale des aspects théoriques et pratiques des termes suivants, leurs unités et les facteurs qui les affectent: différence de potentiel, force électromotrice, tension, intensité, résistance, conductance, charge, flux du courant conventionnel, flux électronique et une capacité à appliquer cette connaissance. Charge électrique et génération de courant 3.1.1. Charge électrique La charge électrique est proportionnelle à l'excès ou au déficit d'électrons en un point. On la représente par la lettre q (ou Q) et on l'exprime en coulombs (C) : n représente le nombre d'électrons dans la charge q = n.e e représente la charge électrique élémentaire e = 1.602 10-19 C Potentiel électrique Le potentiel électrique en un point A est l'énergie potentielle par unité de charge positive placée en ce point c'est-à-dire le travail effectué par la force électrique déplaçant une charge positive unitaire depuis le point A jusqu'au point zéro O défini arbitrairement : Travail de la force électrostatique W en joules (J) VA = AO Tension en volts (V) q Charge en coulombs (C) Remarques : Le champ électrique est toujours dirigé dans le sens des potentiels décroissants En électricité, le potentiel de la Terre est pris par convention égal à zéro. On appelle masse la carcasse métallique d'un appareil, reliée à la Terre ; elle est donc au potentiel 0. Différence de potentiel La différence de potentiel (d.d.p.) entre les points A et B est la différence d'énergie potentielle par unité de charge positive entre ces 2 points, c'est-à-dire l’énergie utilisée (on parle de travail effectué) par la force électrique déplaçant une charge positive unitaire q depuis le point A jusqu'au point B : WAB VA -VB : différence de potentiel en volts (V) VA − VB = WAB: travail de la force électrostatique en joules (J) q q: charge en coulombs (C) VA -VB: différence de potentiel en volts (V) E P EP: variation d'énergie potentielle en joules (J) VA − VB = q: charge en coulombs (C) q L'unité de potentiel électrique est le volt. (1V = 1J / 1C) AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 26 sur 174 Énergie potentielle dans un champ électrique Une charge q placée dans un champ électrique en un point où le potentiel V possède une énergie potentielle Ep telle que : Ep en joule (J) Ep = q V q en coulomb (C) V en volt (V) Remarque : Attention ! Ne pas confondre Ep : énergie potentielle avec E : champ électrique. Force électromotrice A l'origine des courants électriques, il y a toujours une différence de potentiel. La force électromotrice E (ou f.e.m) est la différence de potentiel fournie par un générateur afin de mettre en mouvement les charges électriques d’un circuit. Elle s'exprime en volts (V). Tension La tension électrique est la différence de potentiel qu'il existe entre deux points d'un circuit électrique. On la note U et son unité est le volt (V). Représentations conventionnelles de U, VA-VB, E A UAB B E U = VA-VB, comme E est fléché dans le sens des potentiels croissants.: Si le potentiel de A est supérieur à celui de B, UAB>0 Si le potentiel de A est inférieur à celui de B, UAB Vd : il y a passage d’un courant croissant dans l’indicateur (de même si Rx diminue le courant va décroître). ✓ Dans la pratique, les éléments ne sont pas forcément disposés comme le montre le montage théorique ci-dessous. Afin de mieux comprendre le pont de Wheatstone (CTRL + CLIC pour visionner la vidéo) AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 69 sur 174 8. Travail - Puissance - Energie Rappel des objectifs : Une connaissance générale des aspects théoriques et pratiques sur la puissance, le travail et l’énergie (cinétique et potentielle); la dissipation de la puissance par une résistance; la formule de la puissance; les calculs impliquant la puissance, le travail et l'énergie et une capacité à appliquer cette connaissance. Force On appelle "Force" toute cause ou action susceptible de provoquer ou modifier le mouvement d'un corps. Exemple : Un objet de masse m lâché d'une hauteur h tombe vers le sol avec une force de pesanteur appelée poids ; on a P en newton (N) P = mg g accélération de la pesanteur en m/s2 m en kilogramme (kg) (On considère g = 9,81 m/s2 à Paris) Si une force appliquée en un point d'un corps de masse "m" ne produit aucun déplacement de ce corps aucun travail n'est alors produit. Exemple : L'homme qui tente de pousser le chariot n'a pas desserré le frein : il applique bien une force "F" mais le chariot ne se déplace pas (roues bloquées) ; le Travail est nul. Travail Une Force (F) produit un Travail (W) lorsqu'elle est en mesure de déplacer son point d'application. Le travail produit est proportionnel à cette force et à la longueur du déplacement effectué. Nous avons la relation : W=F.d Distance(d) en mètres (m) Travail (W) en joules (J) Force (F) en newtons (N) Travail ou énergie représentent une même grandeur et sont symbolisés par la même lettre W (un travail n'est obtenu qu'à partir d'une dépense d'énergie et réciproquement). AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 70 sur 174 Puissance La puissance est une grandeur instantanée indépendante du temps. La puissance représente la possibilité pour un système de consommer ou produire une certaine énergie en un temps donné. Si deux machines fournissent un travail identique dans des temps différents, celle qui aura mis le moins de temps sera la plus PUISSANTE des deux. Exemple : Si deux avions identiques décollent avec des moteurs différents celui qui possède les moteurs les plus puissants décollera avant l’autre. d’où la relation : W en W Joules (J) P en Watt P= T en (W) t secondes (s) En remplaçant W par son expression électrique (W = UI t), nous obtenons : UIt P= = UI t En appliquant la loi d'ohm (U=RI) P=RI² (effet joule) et P=U²/R La formule P = RI² fait apparaître que tout élément résistif traversé par un courant électrique dissipe sous forme de chaleur une puissance proportionnelle à sa résistance et au carré de l’intensité qui circule. Lorsque cette dissipation thermique n'est pas recherchée, cette puissance consommée diminue les performances du circuit et représente les PERTES PAR EFFET JOULE. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 71 sur 174 Rendement et pertes En règle générale, tout système générateur ou récepteur restitue moins d'énergie ou de puissance qu'il n'en absorbe. La puissance restituée ou fournie est appelée Puissance Utile. La puissance consommée est appelée Puissance Absorbée. La différence entre les deux représente les Pertes. Le quotient de ces puissances exprime le rendement du système et sera systématiquement inférieur à 1 s'il y a des pertes. Le rendement s'exprime généralement en % = P.utile P.absorbée Exemples de rendement : Lampe à incandescence 5 à 10 % Tube néon 20 à 40 % Moteur électrique 70 à 80 % Alternateur triphasé 75 à 90 % Accumulateur 60 à 75 % Transformateur 80 à 98 % AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 72 sur 174 Calculs de puissance Exemple 1 : Une ampoule de 100 W est soumise à une tension de 220 volts. Quelle est l'intensité du courant qui la traverse ? Réponse : P = U.I I = P/U I = 100/220 I = 0,45 ampère Exemple 2 : Quelle est l'énergie consommée en 30 mn par la même ampoule ? Réponse : W = P x t (avec P en watts et t en secondes) W = 100(W) x 30(min) x 60(s) = 180000 J = 180 kJ Autre solution, en wattheure : W = P.t (P en watt, t en heure) W = 100 x 0,5 = 50 Wh = 0,05 kWh Exemple 3 : Quelle est la résistance R d'une charge absorbant 500 J en 10 secondes sous 12 V ? Réponse : W = P.t (P en watts, t en seconde) P = W/t P = 500/10 = 50 W R = U²/P (R en ohm, U en volt, P en watt) R = 12²/50 = 144/50 = 2,88 ohms. Pour simuler un calcul de Puissance : https://www.yesss-fr.com/calcul-puissance Pour simuler un calcul de rendement : https://www.yesss-fr.com/calcul-rendement- electrique Pour simuler un calcul d’énergie consommée : https://www.editions- petiteelisabeth.fr/calculs_energie_electrique_1.php AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 73 sur 174 9. Capacité et condensateur Rappel des objectifs : Une connaissance générale des aspects théoriques et pratiques sur le fonctionnement et la fonction d'un condensateur ; les facteurs affectant la surface de capacitance des plaques, la distance entre les plaques, le nombre de plaques, le diélectrique et constante diélectrique, la tension de travail, la tension nominale ; les types de condensateurs, construction et fonction ; le codage de couleurs des condensateurs ; les calculs de capacitance et de tension dans les circuits en série et en parallèle; la charge et décharge exponentielle d'un condensateur, les constantes de temps; les essais des condensateurs et une capacité à appliquer cette connaissance. La fonction d’un condensateur est celle d’un réservoir de tension électrique après avoir déplacé les électrons de ses électrodes métalliques. Fonctionnement du condensateur : Un condensateur est composé de 2 électrodes métalliques : les armatures, séparées par un isolant : le diélectrique Le condensateur a la propriété d’emmagasiner de l’énergie électrique pendant une période appelée « charge » pour la restituer pendant une période appelée « décharge ». L’énergie stockée dans le condensateur ne produit aucun travail au repos: on dit que le condensateur est chargé ; cette charge s’exprime par la quantité d’électricité emmagasinée et s’exprime en coulombs (C). Cette quantité d’électricité est également appelée capacitance. Lors de la décharge, le condensateur produit un travail équivalent à l’énergie accumulée. Le condensateur ne peut se charger correctement que sous une tension continue. Influence de la température : La capacitance d’un même condensateur varie avec sa température. C = C0(1 + at) t : température en °C C0 : capacité du condensateur à 0° C a : un coefficient de température AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 74 sur 174 Exemple : La bouteille Leyde Il s'agit de l’ancêtre du condensateur actuel. Une simple bouteille contenant une feuille métallique A conductrice sur la face interne et sur la face externe de sa paroi de verre D. Les feuilles métalliques sont appelées "armatures" et la paroi isolante en verre est le "diélectrique". ` En reliant les deux armatures du condensateur à une source d'électricité statique, les charges électriques négatives (électrons) en provenance de la borne (-) de la source viennent s'agglutiner sur une des armatures tandis que les charges positives (manque d'électrons) se rassemblent sur l'autre armature. Le déplacement de charges très rapide au début diminue très rapidement. Un équilibre s'établit entre charges positives et charges négatives. Le condensateur est alors chargé. Un condensateur peut conserver très longtemps sa charge si l'isolement entre les deux armatures est très grand. La quantité d'électrons (et de charges positives) emmagasinée est proportionnelle à la tension de la source d'électricité et à la "capacité" de stockage du condensateur. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 75 sur 174 Condensateur plan En utilisant deux armatures A en forme de plaques et une feuille d'isolant en guise de diélectrique D il est possible de réaliser un condensateur de grande capacité de stockage et de plus faible encombrement que la bouteille de Leyde. La capacité du condensateur est proportionnelle à la surface S commune aux deux armatures. Cette surface peut être augmentée en imbriquant plusieurs lames isolées entres elles. Un autre paramètre important est l'épaisseur du diélectrique : plus cette épaisseur e est importante, plus faible est la capacité. Enfin, la nature de l'isolant utilisé comme diélectrique influe sur la capacité du condensateur. Caractéristiques électriques des condensateurs 9.2.1. Capacité La capacité représente le pouvoir du condensateur d’accumuler une certaine charge électrique suite à l’application d’une tension donnée; la capacité est dépendante des caractéristiques de construction du condensateur. La capacité du condensateur est exprimée en Farads (F). En pratique cette unité est trop grande on utilise donc les sous multiples du farad, à partir du microfarad : - le microfarad (μF) : 1μF = 10-6 F. - le nanofarad (nF) : 1 nf = 10-9 F. - le picofarad (pF) : 1 pF = 10-12 F. La capacité C en farad d'un condensateur peut être calculée avec la formule : S : surface de la plus petite des armatures en m² e : épaisseur du diélectrique en m. r : permittivité ou constante diélectrique de l'isolant 0 : permittivité du vide En pratique on prendra o égal à 8,85.10-12 et pour le vide r est égal à 1. L'air sec a une permittivité très proche de celle du vide. En règle générale, plus la permittivité du diélectrique d'un condensateur est élevée moins elle est stable, ce qui implique que la capacité du condensateur pourra varier en fonction de la fréquence ou de la température. Les facteurs qui affectent la capacité d’un condensateur sont de 3 ordres : La surface des plaques qui augmente proportionnellement la capacité La distance entre les plaques qui diminue la capacité La nature de l’isolant AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 76 sur 174 9.2.2. Les tensions - Tension de service en courant continu : Valeur de la tension continu qui peut être appliqué au condensateur. - Tension de service en courant alternatif: Valeur maximale de la tension alternative qui peut être appliqué au condensateur - Tension d’essai : Elle est en général 2,5 fois plus grande que la tension de service. Exemple : Un condensateur avec une tension d’essai VP = 1 500 V, il est possible d'appliquer une tension de service maximale VN = 1 500 / 2,5 = 600 Volts. 9.2.3. Le courant de fuite Donnée typique des condensateurs électrolytiques ; il indique la valeur du courant exprimée en microampères (µA), qui circule par la résistance de fuite du diélectrique d'un condensateur chargé. Plus cette valeur est faible, plus le condensateur est de bonne qualité. 9.2.4. Permittivité La permittivité ou constante diélectrique est une propriété physique décrivant la réponse d’un milieu donné à un champ électrique appliqué. Elle est exprimée par rapport à celle de l'air (égale à celle du vide). Elle est représentée par la lettre epsilon et exprimée en picofarad/mètre. La permittivité du vide est égale à : AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 77 sur 174 Lois électriques Charge emmagasinée : Le condensateur n’est pas une capacité « pure » et il existe des pertes dans le diélectrique occasionnant des courants de fuite : un condensateur chargé ne peut tenir indéfiniment sa charge en fonction du temps. Q : charges en coulomb(C) Q=C∙U U : tension appliquée(V) C : capacité en farad (F) Energie emmagasinée : Un condensateur qui a stocké une certaine quantité d’électricité est en mesure de fournir un travail grâce à l’énergie emmagasinée qui s’exprime en joules. Cette énergie emmagasinée est proportionnelle à la tension aux bornes du condensateur et à la charge : W = ½ ∙ C ∙ U2 9.3.1. Facteurs affectant la capacité Caractéristiques de construction : La capacité d’un condensateur dépend de : S : surface d’une armature en m2 𝑆 𝐶 = 𝐾. 𝑒 e : épaisseur du diélectrique en m K : constante diélectrique de l’isolant. Si le condensateur est constitué de plusieurs armatures, il faut multiplier cette valeur qui correspond à un condensateur simple par le nombre de condensateurs ainsi réalisés. La constante diélectrique dépend de la nature de l’isolant. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 78 sur 174 Tension : - Tension nominale: Si la tension appliquée est trop élevée, des électrons peuvent arriver à passer d’une armature à l’autre au travers de l’isolant : c’est le claquage du condensateur. La tension nominale est la valeur indiquée sur le condensateur ; elle correspond à la tension que peut supporter en continu le condensateur. L’utilisation au delà de cette tension nominale peut provoquer une explosion du condensateur. - Tension de service: Elle correspond à la valeur de la tension appliquée aux bornes du condensateur ; Elle ne doit pas être supérieure à la tension nominale. En pratique on utilise les condensateurs aux alentours de 60% de la tension nominale. Pour accéder à une fiche qui récapitule les technologies et les techniques de fabrication des condensateurs cliquer sur le lien ci-dessous AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 79 sur 174 Marquage des condensateurs 9.4.1. Code des couleurs Valeur de la capacité Tolérance Tension de service EXEMPLE : AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 80 sur 174 9.4.2. Autres marquages Les valeurs peuvent être soit : Indiquées par un codage répondant à des règles précises. Indiquées en clair code : n27 = 0,27 nF capacité : 270pF (la bande violette est le coefficient de température : -750.10-6/°C) code : 224K 100V capacité :220000pF (220nF) - 10% - 100 volts code : 473 KCK capacité :47000pF (47nF) - fabricant KCK code : 104 KCK capacité :100000pF (100nF) - fabricant KCK AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 81 sur 174 Couplage des condensateurs: Les condensateurs comme tous les dipôles peuvent être groupés en série ou en parallèle. Les règles d’association des condensateurs sont à l’inverse de celles des résistances. Couplage en parallèle : La tension de charge est commune, ce qui fait que chaque condensateur reçoit la tension pleine du circuit (UAB) Céq = C1+C2+C3 Couplage en série : La tension est divisée aux bornes de chaque condensateur, ce qui fait que les charges sont réduites: la capacité est réduite 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 = + + 𝐂é𝐪 𝐂𝟏 𝐂𝟐 𝐂𝟑 Pour simuler des calculs sur les différents couplages: https://www.digikey.fr/fr/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-series-and-parallel- capacitor AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 82 sur 174 Charge et décharge d’un condensateur 9.6.1. Charge d’un condensateur On associe au circuit de charge du condensateur une résistance dont le rôle va être prépondérant. Ue : tension d’entrée. Uc : tension aux bornes du condensateur. 1. Au départ, le condensateur est vide et il s’établit un courant I = Ue / R. 2. Le condensateur commence à se charger : la tension à ses bornes augmente sous l’effet du courant limité par la résistance R ; 3. Le courant diminue en même temps que la différence de potentiel entre Ue et Uc. 4. Cette charge est équivalente à un transvasement entre 2 réservoirs. 5. On définit la constante de temps (tau) par le produit R x C. En secondes (s) =RxC En ohm En Farad (F) La charge, qui suit une variation =R∙C exponentielle, n’est jamais terminée mais on considère que pour 5 soit 5 RC le condensateur est chargé (99,5%). Le condensateur est récepteur de courant lors de la charge. Si on supprime la résistance, la charge est instantanée. Au début de la charge, le condensateur vide se comporte comme un interrupteur fermé, chargé, il se comporte comme un interrupteur ouvert. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 83 sur 174 9.6.2. Décharge d’un condensateur : Lors de la décharge, le condensateur devient générateur de courant : le courant change de sens. La tension et le courant diminuent rapidement au début de la décharge, puis de plus en plus lentement. Le temps de décharge complète est considéré pour un temps correspondant à 5 soit 5 RC. La décharge à sensiblement la même durée que la charge. AIR FORMATION CFM 66 © 2024 Module 3 V10 Page 84 sur 174 Utilisation des condensateurs 9.7.1. En courant continu Ils servent comme réservoirs d’électricité avec la particularité d’accumuler des petites quantités d’électricité dans un temps court. Utilisation en temporisations, antiparasitage, filtrage du courant redressé. 9.7.2. En courant alternatif Ils fonctionnent principalement comme des filtres. Utilisation en antiparasitage, découplage de signaux et filtrage, démarrage moteurs,compensation d’énergie inductive, détecteur de position, jaugeur de niveau carburant (sur aéronefs). Exemple : Dans l’aéronautique les condensateurs sont utilisé dans les circuits électriques des magnéto présents sur les moteurs à pistons. L’allumage du moteur à piston peut être alimenté par la magnéto, ce système autonome indépendant de l’installation électrique de bord, reste le plus souvent utilisé dans les moteurs d’avion pour lequel la sécurité est primordiale. (Pour le fonctionnement detailée de la magnéto se reférer au module 16 chap.5) Condensateur
