Electricité -Petit voyage en électricité :
Le principe de l'électricité expliqué
Ce petit clip animé vous permettra de comprendre le principe de base de
l'électricité en faisant l'analogie avec le système d'entraînement du
vélo
La pression au fond de la bassine pleine est plus forte (quand le tuyau est raccordé) que dans la bassine vide. Lorsque la même quantité d’eau se retrouve dans les deux bassines, la pression au fond des deux est identique. Si les deux extrémités d’un câble ou d’un fil électrique sont branchées à un même voltage (borne positive d’une pile, par exemple), le courant ne passera pas non plus. Dans les deux cas, c’est la différence de pression ou de voltage qui permet à l’eau ou à l’électricité de circuler.
Pour revenir à l’exemple des deux bassines d’eau: si vous en remplissiez une de quelques centimètres, le débit de remplissage de la bassine vide ne serait pas vraiment rapide; en revanche, si vous remplissiez la même bassine d’un mètre d’eau ou plus, le rythme ou débit de remplissage de la bassine vide serait nettement plus rapide.
Même chose avec l’électricité : plus le différentiel de voltage d’une extrémité du fil à l’autre est élevé, plus le courant sera élevé.
Si nous allongeons le tuyau, la résistance au courant à l’intérieur du tuyau en ralentira le flot, en augmentant la résistance. Il ressort par conséquent que ce n’est pas seulement le diamètre du fil ou du câble électrique qui est en cause, mais sa longueur également. Jetez un coup d’œil sur les circuits à l’intérieur d’un moteur: vous verrez un très long et fin fil de cuivre. La raison pour laquelle ce fil ne fond pas, c’est qu’il est suffisamment long et fin pour agir comme résistance, ce qui ralentit le courant électrique.
Dans les systèmes électriques, il existe une relation entre le courant (intensité), le voltage et la résistance. C’est ce qu’exprime la loi d’Ohm, qui peut s’écrire de différentes façons pour toujours revenir à l’équation fondamentale: V = I R, ‘V’ étant le voltage; ‘I’, le courant et ‘R’, la résistance.
Cette équation est invariable, que l’on parle de courant continu, alternatif, capacitif, à induction, triphasé ou d’un autre type de circuit. Il faut toutefois tenir compte du fait que les valeurs de voltage ou du courant ne sont pas toujours des nombres simples: les facteurs ‘I’ et ‘V’ dans l’équation d’Ohm peuvent se voir remplacés par de complexes fonctions mathématiques, même si elles représentent le courant, le voltage.
En réalité, ce n’est pas la formule qui change, mais bien les variables de courant et de voltage qui deviennent des nombres complexes. Il suffit de remplacer la valeur ‘I’ par la fonction "I x cos(p)", où ‘p’ renvoie à la variation d’un angle de calage ou de réglage du courant.
Cette loi d’Ohm peut se décliner de différentes façons, mais renvoie toujours à une même équation. Les trois déclinaisons le plus courantes de cette loi sont:
‘V’= ‘I’ *’R’
’I’= ‘V’ / ‘R’
’R’= ‘V’ / ‘I’
Imaginez un individu miniature – très, très rapide – assis sur la pile de 9 volts à l’intérieur de la télécommande de votre téléviseur, et que cet individu miniature passe sans arrêt du positif au négatif 60 fois par seconde: vous auriez une source d’énergie de 9 volts en courant alternatif.
Ce transfert entre pôle positif et pôle négatif dans les circuits de votre habitation s’effectue de manière un peu plus régulière; si vous pouviez le visualiser, vous verriez comme une onde sinusoïdale.
Les électrons qui se déplacent par le fil ou le câble ne montent ni ne descendent exactement comme sur le graphe; il s’agit de la représentation mathématique de leur mouvement. Ces électrons se déplacent en réalité de l’avant à l’arrière du fil ou du câble électrique, leur vitesse étant représentée au graphe par la hauteur de l’onde.
Le fil de terre dans votre habitation ou votre atelier se trouve effectivement connecté à une tige de cuivre de plus de 2 mètres sous terre. C’est pourquoi l’on dit que le fil de terre est à zéro volt. Croyez-le ou non: notre planète, la Terre, est conductrice d’électricité; pas autant que le cuivre, mais tout de même.
Si les ‘appareils’ dont nous nous servons tous les jours n’étaient pas connectés à la Terre – s’ils se trouvaient en ‘apesanteur’ électrique, ils enregistreraient un différentiel de voltage avec la Terre, tout comme la Terre en apesanteur en enregistre par rapport à l’espace. Le châssis de l’appareil est branché au fil de terre, qui ancre le voltage du châssis à zéro. Autrement dit, ce fil de terre est un dispositif sécuritaire, qui fixe à zéro le voltage de l’appareil; ce fil n’est pas sensé porter de charge électrique, à moins de dysfonctionnement de l’appareil. (‘Appareil’ se rapporte en l’occurrence à tous ces appareils: lampe, scie électrique, four, moteur etc. et n’est donc pas restreint aux ‘appareils’ électroménagers proprement dits).
Si un appareil devait mal fonctionner, le fil de terre est effectivement sensé s’électrifier, se charger d’électricité. L’objectif principal du fil de terre consiste toutefois à garantir que le châssis de l’appareil reste à zéro volt.
Étant donné que le fil neutre est à 0 volt, il n’y a pas de différentiel avec le fil de terre; d’où le risque très minime qu’un utilisateur se fasse électrocuter au contact du fil neutre. C’est aussi pourquoi il est normal qu’un appareil soit directement branché au fil neutre, sans devoir passer par l’interrupteur ou par le disjoncteur. Interrupteurs et disjoncteurs se trouvent sur le branchement à charge, uniquement.
Le disjoncteur n’est pas sensé protéger l’appareil en tant que tel – uniquement le câblage entre le disjoncteur et la prise. Dans une habitation, on trouve des disjoncteurs de 15 ou de 20 A, mais le moteur que vous branchez à la prise de courant risque de brûler si le courant dépassait les 10 A. Le moteur est conçu pour se protéger par lui-même, au cas où le courant devait excéder 10 A, mais pas le disjoncteur.
Le Code national de l’électricité exige non seulement que TOUS les fils thermiques alimentés par une charge comportent un disjoncteur, mais aussi que TOUS les disjoncteurs qui alimentent un appareil se déclenchent en même temps. C’est pourquoi un outil sur 240 volts devra être équipé d’un disjoncteur à deux pôles, et un outil triphasé d’un disjoncteur à trois pôles.
Faites en sorte que personne d’autre ne rétablisse le courant. Si un outil a une fiche, débranchez-le et placez le cordon à vue, pour être averti au cas où quelqu’un s’aviserait de le brancher. Si l’outil n’a qu’un disjoncteur et qu’il se trouve en dehors de votre champ visuel, trouvez un moyen de bloquer le disjoncteur en position Arrêt.
La plupart des disjoncteurs comportent un orifice dans la poignée d’enclenchement: cet orifice peut servir à y placer un petit cadenas, pour empêcher que le disjoncteur soit branché à l’improviste. Dans le même temps, placez une note sur la fermeture pour signaler que le circuit est en observation pour entretien.
Dans certains cas, il vous sera impossible d’interrompre l’alimentation en électricité. Dans ces situations, seules les personnes qualifiées, habituées à travailler dans ces conditions, pourront travailler sur le circuit.
Qu’un circuit soit actif ou pas ne devrait pas modifier la façon dont vous travaillez. Si vous travaillez de façon régulière dans la certitude que le circuit est branché, vous ne risquez pas de vous blesser au cas où quelqu’un réintroduirait l’électricité dans le circuit.
C’est le courant qui passe dans le corps qui cause l’électrocution de la victime – pas le voltage proprement dit. Le voltage peut tuer, mais c’est le différentiel de voltage qui est responsable de l’accident, et c’est ce différentiel qui permet au courant de passer dans le corps de la victime.
Les oiseaux ne se font pas électrocuter quand ils se posent sur une ligne à haute tension, puisque c’est le corps tout entier de l’oiseau qui se trouve au même voltage (en apesanteur). Si l’oiseau devait toucher de son aile une source d’autre voltage, comme le sol ou un autre fil, il bouclerait en l’occurrence l’itinéraire à un voltage différent, ce qui dans ce cas entraînerait l’électrocution.
Pour que le courant puisse passer, l’itinéraire doit passer d’un voltage supérieur à un voltage inférieur. S’il n’y a pas de circuit, le courant ne passe pas. Or un circuit peut être établi par un fil électrique, par un tuyau à eau en métal, par l’encadrement de votre compartiment électrique, ou par des chaussures trempées, au contact du sol.
Chaque fois que vous effectuez un câblage, n’oubliez pas un principe fondamental: aucune partie du corps ne doit se trouver en contact avec le sol ou avec aucune autre source de voltage.
Dans la mesure du possible, n’effectuez vos tâches que d’une seule main, pour éviter que par inadvertance l’autre ne touche un endroit dangereux. Au cas où un circuit s’établirait avec votre corps, le courant passera par votre main occupée, au lieu de traverser votre corps avant de rejoindre la terre.
Peut-être avez-vous bien déconnecté le fil thermique de la source, et peut-être aussi le fil neutre, mais il est toujours possible qu’il y ait un circuit quelque part, auquel vous n’avez pas pensé, dont vous n’êtes pas informé.
Comme le courant ne peut passer par l’isolant, l’énergie est emmagasinée dans le condensateur sous forme de charge électrique entre les deux plaquettes. Lorsque vous introduisez un voltage entre les deux plaquettes et que vous retirez les fils, le condensateur retiendra l’énergie jusqu’à épuisement de la charge. (C’est pourquoi ces condensateurs posent un sérieux danger: ils peuvent gravement blesser quelqu’un longtemps après que l’outil ait été débranché.)
Un inducteur va emmagasiner l’énergie dans un champ magnétique autour des spirales ou bobines. Il faut de l’énergie pour développer ce champ: c’est ce qu’assure la spirale (bobine) en se relâchant, ce qui se produit quand le courant est interrompu ou transmis en sens inverse.
Dans un courant alternatif, ne pas oublier que le voltage passe du Positif au Négatif, en passant par 0, soixante fois par seconde. Lorsque vous branchez un inducteur à un circuit alternatif, comme dans un moteur ou un transformateur, le champ magnétique va constamment changer lui aussi en conséquence. Avec l’alternance du courant, les fils qui génèrent le champ magnétique sont en continuel mouvement de contraction / relâchement.
Ne vous inquiétez pas si vous entendez dire 110 volts au lieu de 120 volts, ou 220 au lieu de 240. Il s’agit de désignations périmées, que le grand public utilise toujours, alors que les compagnies d’électricité (en Amérique du Nord) livrent du 120 volts et du 240 volts par souci d’harmonisation et de partage des charges. La plupart des outils et moteurs utilisent l’ancienne appellation 110 ou 220 uniquement pour indiquer qu’ils seront toujours performants, même si le voltage devait tomber à ce seuil, respectivement.
Il s’agit d’abord d’une phase de courant à 240 volts. Pour obtenir du 120 volts, on se sert de ce qu’on appelle une prise médiane. Les prises courantes utilisent un fil neutre (prise médiane) et un fil thermique, où le voltage entre les deux est à 120 volts. Les prises en 240 se servent de deux fils thermiques : l’un à 120 volts, au dessus du fil neutre, et l’autre à 120 volts, en dessous du fil neutre (comme précédemment, on connecte le fil neutre à la Terre, tandis qu’on laisse les deux fils thermiques ‘flotter’ au-dessus et en dessous). On dit également que chacun des éléments thermiques (pôles) d’un un système monophasé est déphasé à 180°.
Le fait qu’on appelle ces systèmes ‘monophasés’ peut être source de confusion, mais il peut être utile d’y penser comme des systèmes à deux pôles. (Dire qu’il y a deux pôles est correct, mais dire qu’un tel système est à deux phases ne l’est pas.)
La majorité des moteurs triphasés n’utilisent pas le fil neutre. C’est ce qu’on appelle un système à connections delta. Quand on utilise le fil neutre, on parle de système à branchement en étoile. La plupart des sources d’électricité se servent du branchement ‘en étoile’. Une charge en delta (moteur, par exemple) peut toujours être modifié en branchement ‘en étoile’, tout simplement en évitant le fil neutre, mais l’inverse (de l’étoile au delta) est quasiment inexistant. C’est possible, mais il faut une prise médiane, trois phases et un transformateur pour artificiellement disposer d’un fil neutre.
Coordonnées des exemples ci-dessous : imaginons que vous parcourez 20 mètres à 120° Nord, et puis que vous faites marche arrière pour parcourir 20 mètres à 240° Nord, vous allez couvrir la même distance que si vous faisiez 20 mètres plein Sud. (Signalons que ces 20 mètres Sud, et pas 24, correspondent au fait que 120° et 240° forment ce qu’il est convenu d’appeler un triangle parfait. S’il n’existait pas ces angles ‘parfaits’, nous obtiendrions une autre distance, pas 20 mètres.)
Configuration où deux phases ont une charge maximale et une phase à zéro :
Quand un courant biphasé est à 20A et que la troisième est à zéro (celui qu’indique la flèche verticale est à zéro), le courant dans le fil neutre est à 20A -180°. La somme 20A - 120° plus 20A - 240° égale 20A - 180°.
Quand les trois phases du système sont chargées au maximum :
Lorsque les trois phases charrient la charge maximale, elles s’annulent : la charge au fil neutre devient égale à 0A.
En somme, la charge dans le fil neutre ne peut jamais être supérieure à la charge maximale dans l’un ou l’autre des éléments thermiques.
Vous avez peut-être entendu dire que c’est le courant qui est en avance sur le voltage dans le condensateur: ce n’est que façon de parler, le voltage devant rester identique, c’est le courant qui ou bien est en avance, ou bien est en retard sur le voltage. C’est ce que traduit la formule conventionnelle: dans l’inducteur, c’est le courant qui est EN RETARD sur le voltage; dans le condensateur, c’est le voltage qui est EN AVANCE sur le courant.
Dans un circuit strictement à condensation ou à induction avec zéro de résistance, l’angle d’avance/retard est de 90°. En ajoutant une résistance au circuit, on augmente l’angle d’avance/retard.
L’expression ‘coefficient du facteur énergétique’ correspond au cosinus de l’angle de phase. Sur un circuit à induction uniquement, l’angle de retard est de 90° et le coefficient énergétique de 0: [cosinus de 90 = 0]. Le coefficient énergétique le plus répandu dans les moteurs électriques est de 0,8 (angle de retard : 36°), ceci parce qu’il y a toujours des résistances au niveau des bobines ou des spirales à l’intérieur d’un moteur.
Cette notion d’énergie apparente est utile quand on a une génératrice électrique diesel, où les fils n’ont qu’une capacité limitée à transmettre le courant, et qu’on ne sait pas d’avance ce qu’il faudra connecter à la génératrice. Autrement dit, indépendamment du retard d’exécution (ou de l’angle de phase), la génératrice ne peut acheminer qu’une quantité donnée (limitée) de courant.
C’est pour cette raison que plusieurs modèles de génératrices (et la plupart des transformateurs) sont calibrés en volts-ampères (VA), ou en mille volts-ampères (KVA). Une génératrice (ou un transformateur) calibré 25 KVA ne peut générer plus de 70A par phase à 208 volts, sinon il va brûler sa spirale. Ces modèles peuvent par conséquent fournir 25 kilowatts à une chaudière, mais seulement 20 kilowatts à un moteur (sur la base d’un coefficient énergétique de 80%), car chacune de ces charges utilisera 70A. Étant donné que le fabricant ne sait pas d’avance à quels usages ces génératrices sont destinées, elles sont calibrées en KVA, ce qui indique la charge maximale de courant utilisable, indépendamment du facteur énergétique.
Ainsi, l’énergie (puissance) d’un système est obtenue en multipliant l’énergie apparente par le coefficient énergétique (ce). Dans la pratique de tous les jours, la formule est la suivante: P = I x V x ce.
Dans un moteur, la perte d’énergie est due à la résistance des spirales (bobinages), à la friction dans les roulements, à la résistance de l’air dans le moteur et au phénomène dit ‘hystérèse’, au niveau du noyau du moteur.
Un moteur, ce n’est rien d’autre qu’un convertisseur d’énergie. Un moteur convertit tout simplement une énergie électrique en énergie mécanique, générant ce faisant un sous-produit: un peu de chaleur. (Noter que les pertes ou déperditions ne sont pas en contradiction avec le principe de ‘conservation’ de l’énergie: ces pertes se traduisent en réalité en chaleur ou autres formes d’énergie.)
La formule qui sert à établir la conservation d’énergie électrique en chevaux-vapeur mécaniques est la suivante: CV = W/745, où CV signifie le cheval-vapeur, W les watts et 745, le coefficient de conversion. Dans ce qui précède, nous avons vu que l’énergie, en volts-ampères, se traduit par l’équation: P = I x V. Dans le cas d’un engin à induction comme un moteur, il faudra tenir compte de l’angle de phase entre le courant et le voltage et donc ajouter le coefficient énergétique (ce). L’équation devient alors P = I x V x pf. L’équation définitive devient alors ceci: HP = I x V x pf / 745.
Chacun des panneaux de contrôles subsidiaires ou annexes devra être branché par un circuit indépendant du neutre à la terre, lorsque ce branchement provient d’une borne centrale de charge. Par défaut, tous les systèmes électriques dans un même édifice se partagent la même borne à la terre. C’est pour cette raison que, si vous ajoutez un panneau supplémentaire dans votre sous-sol par exemple, il vous faudra faire courir un fil à la terre du panneau central vers ce panneau annexe; et vous ne manquerez pas d’enlever la vis de mise à la masse du panneau annexe.
Pour vous donner un simple exemple d’un système séparé, il suffit de visualiser l’apport en électricité de votre entreprise dans un panneau de distribution, avant d’alimenter deux édifices différents. Il y aura une borne centrale dans chacun de ces édifices et une barre à la terre séparée. Aucun fil à la terre ne raccordera les deux édifices. Dans ce cas, il n’y a pas de panneau ‘annexe’, chaque panneau servant de panneau central de charge.
Un glossaire de termes et de concepts relatifs à la génération indépendante d’électricité, et des renseignements complets pour vous aider à mieux connaître les génératrices électriques.
La meilleure façon d’expliquer l’électricité et sa terminologie est de la comparer à des domaines faciles à comprendre. Même si l’eau et l’électricité ne font jamais bon ménage, les deux notions sont remarquablement similaires. En comparant un courant électrique à de l’eau circulant dans un tuyau, on parvient à mieux comprendre ce qu’il en est de l’électricité.Pression et voltage
La pression dans un tuyau est comparable au voltage électrique, qui circule dans un fil. Si la pression aux deux extrémités est la même, l’eau ne coule pas. Si vous prenez deux bassines d’eau de même capacité, et que l’une est pleine et l’autre vide, et puis que vous les raccordez avec un tuyau par le fond de chaque bassine, l’eau coulera de la bassine pleine dans la bassine vide. Dès que l’eau dans chaque bassine aura atteint le même niveau, l’eau arrêtera de passer.La pression au fond de la bassine pleine est plus forte (quand le tuyau est raccordé) que dans la bassine vide. Lorsque la même quantité d’eau se retrouve dans les deux bassines, la pression au fond des deux est identique. Si les deux extrémités d’un câble ou d’un fil électrique sont branchées à un même voltage (borne positive d’une pile, par exemple), le courant ne passera pas non plus. Dans les deux cas, c’est la différence de pression ou de voltage qui permet à l’eau ou à l’électricité de circuler.
Le courant
Qu’il s’agisse d’un courant d’eau ou d’un courant électrique, le courant se rapporte au mouvement d’eau ou d’électricité. Lorsqu’il s’agit d’eau, nous nous référons au nombre de gallons d’eau passant par un tuyau à la minute. S’agissant d’électricité, nous nous référons au nombre d’électrons qui passent par un point donné en une seconde. La formule est la suivante: 1 Ampère (abréviation : A) est égal à 6,24 x 1018 électrons par seconde. (C’est la ‘notation scientifique’ qui permet de représenter ce nombre; on l’utilise pour les nombres très élevés. En effet, s’il fallait utiliser la numérotation habituelle, on écrirait 6,240,000,000,000,000,000. Comme le maniement de nombres si élevés se révèle encombrant sinon impossible de façon régulière, nous utilisons la notation en Ampères, plus simple.) Le courant d’eau par un tuyau, ou d’électricité par un fil, est directement proportionnel à la différence de pression ou de voltage d’un bout à l’autre du tuyau / du fil ou du câble.Pour revenir à l’exemple des deux bassines d’eau: si vous en remplissiez une de quelques centimètres, le débit de remplissage de la bassine vide ne serait pas vraiment rapide; en revanche, si vous remplissiez la même bassine d’un mètre d’eau ou plus, le rythme ou débit de remplissage de la bassine vide serait nettement plus rapide.
Même chose avec l’électricité : plus le différentiel de voltage d’une extrémité du fil à l’autre est élevé, plus le courant sera élevé.
Diamètre du tuyau et résistance
Plus il y a de résistance dans un circuit, moins le courant sera élevé. De la même façon, plus le diamètre du tuyau est petit, moins d’eau sera en mesure de passer par le tuyau. Pour revenir à nos bassines, il est bien évident que si nous raccordons les deux avec un tuyau de diamètre réduit, il faudra davantage de temps pour remplir la deuxième bassine.Si nous allongeons le tuyau, la résistance au courant à l’intérieur du tuyau en ralentira le flot, en augmentant la résistance. Il ressort par conséquent que ce n’est pas seulement le diamètre du fil ou du câble électrique qui est en cause, mais sa longueur également. Jetez un coup d’œil sur les circuits à l’intérieur d’un moteur: vous verrez un très long et fin fil de cuivre. La raison pour laquelle ce fil ne fond pas, c’est qu’il est suffisamment long et fin pour agir comme résistance, ce qui ralentit le courant électrique.
La loi d’Ohm
Dans les systèmes électriques, il existe une relation entre le courant (intensité), le voltage et la résistance. C’est ce qu’exprime la loi d’Ohm, qui peut s’écrire de différentes façons pour toujours revenir à l’équation fondamentale: V = I R, ‘V’ étant le voltage; ‘I’, le courant et ‘R’, la résistance.
Cette équation est invariable, que l’on parle de courant continu, alternatif, capacitif, à induction, triphasé ou d’un autre type de circuit. Il faut toutefois tenir compte du fait que les valeurs de voltage ou du courant ne sont pas toujours des nombres simples: les facteurs ‘I’ et ‘V’ dans l’équation d’Ohm peuvent se voir remplacés par de complexes fonctions mathématiques, même si elles représentent le courant, le voltage.
En réalité, ce n’est pas la formule qui change, mais bien les variables de courant et de voltage qui deviennent des nombres complexes. Il suffit de remplacer la valeur ‘I’ par la fonction "I x cos(p)", où ‘p’ renvoie à la variation d’un angle de calage ou de réglage du courant.
Cette loi d’Ohm peut se décliner de différentes façons, mais renvoie toujours à une même équation. Les trois déclinaisons le plus courantes de cette loi sont:
‘V’= ‘I’ *’R’
’I’= ‘V’ / ‘R’
’R’= ‘V’ / ‘I’
Courant continu ou courant alternatif
Une pile électrique contient un courant continu. La polarité d’une pile est toujours la même : positive d’un côté et négative de l’autre. Dans un courant alternatif au contraire, la polarité varie tous les 1/60ème de seconde – 60 fois par seconde: 60 Hz.Imaginez un individu miniature – très, très rapide – assis sur la pile de 9 volts à l’intérieur de la télécommande de votre téléviseur, et que cet individu miniature passe sans arrêt du positif au négatif 60 fois par seconde: vous auriez une source d’énergie de 9 volts en courant alternatif.
Ce transfert entre pôle positif et pôle négatif dans les circuits de votre habitation s’effectue de manière un peu plus régulière; si vous pouviez le visualiser, vous verriez comme une onde sinusoïdale.
Les électrons qui se déplacent par le fil ou le câble ne montent ni ne descendent exactement comme sur le graphe; il s’agit de la représentation mathématique de leur mouvement. Ces électrons se déplacent en réalité de l’avant à l’arrière du fil ou du câble électrique, leur vitesse étant représentée au graphe par la hauteur de l’onde.
Fil de terre, fil neutre et fil thermique
Ces termes servent à décrire les différentes parties d’un système de câblage électrique. Ces termes ne sont pas absolus; ils servent uniquement à identifier de façon rationnelle les fils utilisés dans un système électrique habituel. Un peu comme leur surnom respectif.Le fil de terre (fil de masse)
Si vous disposiez d’un très gros voltmètre, et que vous placiez une sonde loin dans l’espace et une autre sur la Terre, vous obtiendriez un voltage entre l’espace et la Terre. Personne ne sait ce que ce voltage représenterait: 1 volt? 1 million de volts? Autrement dit, la Terre sert de référence: nous émettons l’hypothèse que la Terre se trouve à 0 volt, même si nous savons que ce n’est pas le cas.Le fil de terre dans votre habitation ou votre atelier se trouve effectivement connecté à une tige de cuivre de plus de 2 mètres sous terre. C’est pourquoi l’on dit que le fil de terre est à zéro volt. Croyez-le ou non: notre planète, la Terre, est conductrice d’électricité; pas autant que le cuivre, mais tout de même.
Si les ‘appareils’ dont nous nous servons tous les jours n’étaient pas connectés à la Terre – s’ils se trouvaient en ‘apesanteur’ électrique, ils enregistreraient un différentiel de voltage avec la Terre, tout comme la Terre en apesanteur en enregistre par rapport à l’espace. Le châssis de l’appareil est branché au fil de terre, qui ancre le voltage du châssis à zéro. Autrement dit, ce fil de terre est un dispositif sécuritaire, qui fixe à zéro le voltage de l’appareil; ce fil n’est pas sensé porter de charge électrique, à moins de dysfonctionnement de l’appareil. (‘Appareil’ se rapporte en l’occurrence à tous ces appareils: lampe, scie électrique, four, moteur etc. et n’est donc pas restreint aux ‘appareils’ électroménagers proprement dits).
Si un appareil devait mal fonctionner, le fil de terre est effectivement sensé s’électrifier, se charger d’électricité. L’objectif principal du fil de terre consiste toutefois à garantir que le châssis de l’appareil reste à zéro volt.
Fil neutre et fil thermique
La seule différence entre le fil neutre et le(s) fil(s) thermique(s) d’un circuit électrique contemporain réside en ce que le fil neutre doit rester à 0 volt (ancré), par branchement au fil de terre dès le boîtier abritant le disjoncteur. Si nous ne branchions pas le fil neutre au fil de terre, le voltage du fil neutre et celui du fil thermique seraient à un niveau intermédiaire, chacun des deux fils en ‘apesanteur’. C’est donc une mesure sécuritaire de les raccorder. Il est beaucoup plus commode de travailler sur un système où un fil seulement n’est pas à 0 volt. Contrairement au fil de terre, le fil neutre est bien sensé acheminer le courant en fonctionnement normal.Étant donné que le fil neutre est à 0 volt, il n’y a pas de différentiel avec le fil de terre; d’où le risque très minime qu’un utilisateur se fasse électrocuter au contact du fil neutre. C’est aussi pourquoi il est normal qu’un appareil soit directement branché au fil neutre, sans devoir passer par l’interrupteur ou par le disjoncteur. Interrupteurs et disjoncteurs se trouvent sur le branchement à charge, uniquement.
Disjoncteur et protection du circuit électrique
La fonction du disjoncteur consiste à protéger les fils entre l’interrupteur et la charge, bien qu’il puisse aussi servir à interrompre l’alimentation en déconnectant la charge du circuit.Le disjoncteur n’est pas sensé protéger l’appareil en tant que tel – uniquement le câblage entre le disjoncteur et la prise. Dans une habitation, on trouve des disjoncteurs de 15 ou de 20 A, mais le moteur que vous branchez à la prise de courant risque de brûler si le courant dépassait les 10 A. Le moteur est conçu pour se protéger par lui-même, au cas où le courant devait excéder 10 A, mais pas le disjoncteur.
Le Code national de l’électricité exige non seulement que TOUS les fils thermiques alimentés par une charge comportent un disjoncteur, mais aussi que TOUS les disjoncteurs qui alimentent un appareil se déclenchent en même temps. C’est pourquoi un outil sur 240 volts devra être équipé d’un disjoncteur à deux pôles, et un outil triphasé d’un disjoncteur à trois pôles.
Sécurité du circuit électrique
Vous savez bien sûr déjà qu’il faut couper le courant avant d’entreprendre tout travail sur un circuit électrique, mais il convient de pousser ce principe un peu plus loin.Faites en sorte que personne d’autre ne rétablisse le courant. Si un outil a une fiche, débranchez-le et placez le cordon à vue, pour être averti au cas où quelqu’un s’aviserait de le brancher. Si l’outil n’a qu’un disjoncteur et qu’il se trouve en dehors de votre champ visuel, trouvez un moyen de bloquer le disjoncteur en position Arrêt.
La plupart des disjoncteurs comportent un orifice dans la poignée d’enclenchement: cet orifice peut servir à y placer un petit cadenas, pour empêcher que le disjoncteur soit branché à l’improviste. Dans le même temps, placez une note sur la fermeture pour signaler que le circuit est en observation pour entretien.
Dans certains cas, il vous sera impossible d’interrompre l’alimentation en électricité. Dans ces situations, seules les personnes qualifiées, habituées à travailler dans ces conditions, pourront travailler sur le circuit.
Qu’un circuit soit actif ou pas ne devrait pas modifier la façon dont vous travaillez. Si vous travaillez de façon régulière dans la certitude que le circuit est branché, vous ne risquez pas de vous blesser au cas où quelqu’un réintroduirait l’électricité dans le circuit.
C’est le courant qui passe dans le corps qui cause l’électrocution de la victime – pas le voltage proprement dit. Le voltage peut tuer, mais c’est le différentiel de voltage qui est responsable de l’accident, et c’est ce différentiel qui permet au courant de passer dans le corps de la victime.
Les oiseaux ne se font pas électrocuter quand ils se posent sur une ligne à haute tension, puisque c’est le corps tout entier de l’oiseau qui se trouve au même voltage (en apesanteur). Si l’oiseau devait toucher de son aile une source d’autre voltage, comme le sol ou un autre fil, il bouclerait en l’occurrence l’itinéraire à un voltage différent, ce qui dans ce cas entraînerait l’électrocution.
Pour que le courant puisse passer, l’itinéraire doit passer d’un voltage supérieur à un voltage inférieur. S’il n’y a pas de circuit, le courant ne passe pas. Or un circuit peut être établi par un fil électrique, par un tuyau à eau en métal, par l’encadrement de votre compartiment électrique, ou par des chaussures trempées, au contact du sol.
Chaque fois que vous effectuez un câblage, n’oubliez pas un principe fondamental: aucune partie du corps ne doit se trouver en contact avec le sol ou avec aucune autre source de voltage.
Dans la mesure du possible, n’effectuez vos tâches que d’une seule main, pour éviter que par inadvertance l’autre ne touche un endroit dangereux. Au cas où un circuit s’établirait avec votre corps, le courant passera par votre main occupée, au lieu de traverser votre corps avant de rejoindre la terre.
Retours de courant ou de voltage
Ce qui rend la consigne qui précède d’autant plus importante, c’est l’éventualité peu probable d’un retour de voltage. Un tel incident a tué ou paralysé plus d’un électricien chevronné. Cela ne peut arriver lorsque vous pouvez débrancher le système tout entier, comme un outil dont on débranche simplement le fil. Des précautions s’imposent par contre lorsque vous travaillez sur un système, ou une composante d’un système, qui ne serait pas entièrement isolé des autres composantes, comme une prise murale par exemple.Peut-être avez-vous bien déconnecté le fil thermique de la source, et peut-être aussi le fil neutre, mais il est toujours possible qu’il y ait un circuit quelque part, auquel vous n’avez pas pensé, dont vous n’êtes pas informé.
Condensateurs et inducteurs sur moteurs
Les condensateurs et les inducteurs emmagasinent l’énergie comme le font les piles. Chacun de ces appareils emmagasine l’énergie d’une façon différente. C’est leur capacité à emmagasiner l’énergie, précisément, qui les rend quelque peu complexes dans l’évaluation d’un système électrique donné.Les condensateurs
En deux mots, un condensateur se compose de deux plaquettes métalliques parallèles, séparées par un isolant. Comme cet isolant sépare les plaquettes du condensateur, il n’y a pas de passage de courant dans le condensateur, même si on en a parfois l’impression. Chacune de ces plaquettes va emmagasiner de l’énergie, comme une pile, l’une étant chargée Positif et l’autre Négatif. C’est ce que l’on constate aussi avec l’électricité statique, par exemple quand vous frottez un ballon sur vos cheveux: vos cheveux ont une charge négative et le ballon une charge positive, ou l’inverse.Comme le courant ne peut passer par l’isolant, l’énergie est emmagasinée dans le condensateur sous forme de charge électrique entre les deux plaquettes. Lorsque vous introduisez un voltage entre les deux plaquettes et que vous retirez les fils, le condensateur retiendra l’énergie jusqu’à épuisement de la charge. (C’est pourquoi ces condensateurs posent un sérieux danger: ils peuvent gravement blesser quelqu’un longtemps après que l’outil ait été débranché.)
Les inducteurs
Un système d’induction se compose d’une bobine (spirale) de fil qui alimente les moteurs, les transformateurs et les génératrices. Chaque fois qu’un courant électrique passe dans le fil, elle génère un champ magnétique autour du fil. (C’est l’énergie qui retient par exemple votre aimant sur la porte du réfrigérateur, sauf que ce magnétisme n’est présent que lorsque passe le courant.) Ce champ magnétique crée des lignes de courant concentriques autour du fil. Lorsque vous rembobinez le fil, vous allez regrouper le fil en un petit espace, et dans le même temps concentrer le magnétisme dans un espace réduit.Un inducteur va emmagasiner l’énergie dans un champ magnétique autour des spirales ou bobines. Il faut de l’énergie pour développer ce champ: c’est ce qu’assure la spirale (bobine) en se relâchant, ce qui se produit quand le courant est interrompu ou transmis en sens inverse.
Dans un courant alternatif, ne pas oublier que le voltage passe du Positif au Négatif, en passant par 0, soixante fois par seconde. Lorsque vous branchez un inducteur à un circuit alternatif, comme dans un moteur ou un transformateur, le champ magnétique va constamment changer lui aussi en conséquence. Avec l’alternance du courant, les fils qui génèrent le champ magnétique sont en continuel mouvement de contraction / relâchement.
Propriétés respectives du condensateur et de l’inducteur
Pour résumer ce qui précède, le condensateur emmagasine le voltage, tandis que l’inducteur emmagasine le courant. Quand vous introduisez un voltage dans un moteur, l’effet d’emmagasinement du courant va momentanément retarder son passage. C’est ce qu’on appelle dans le métier le ‘changement de phase’. Nous reviendrons à ce phénomène après avoir traité d’un certain nombre d’exemples, qui ont leur importance pour bien saisir comment une génératrice ou un moteur assurent la génération d’électricité.Types d’électricité à usage industriel
Trois types d’électricité sont couramment employés en milieu industriel: 120 volts en monophasé, 240 volts en monophasé et le voltage triphasé (disponible en quantités variables, qui s’expriment ainsi: 120/208, 120/240, 277/480).Ne vous inquiétez pas si vous entendez dire 110 volts au lieu de 120 volts, ou 220 au lieu de 240. Il s’agit de désignations périmées, que le grand public utilise toujours, alors que les compagnies d’électricité (en Amérique du Nord) livrent du 120 volts et du 240 volts par souci d’harmonisation et de partage des charges. La plupart des outils et moteurs utilisent l’ancienne appellation 110 ou 220 uniquement pour indiquer qu’ils seront toujours performants, même si le voltage devait tomber à ce seuil, respectivement.
120/240 volts, en monophasé
Les lignes à 120 ou 240 volts en monophasé sont deux éléments d’un même système. Il s’agit en réalité d’un système à 240 volts, que l’on divise en deux pour obtenir deux systèmes à 120 volts. C’est pourquoi on les appelle systèmes monophasés.Il s’agit d’abord d’une phase de courant à 240 volts. Pour obtenir du 120 volts, on se sert de ce qu’on appelle une prise médiane. Les prises courantes utilisent un fil neutre (prise médiane) et un fil thermique, où le voltage entre les deux est à 120 volts. Les prises en 240 se servent de deux fils thermiques : l’un à 120 volts, au dessus du fil neutre, et l’autre à 120 volts, en dessous du fil neutre (comme précédemment, on connecte le fil neutre à la Terre, tandis qu’on laisse les deux fils thermiques ‘flotter’ au-dessus et en dessous). On dit également que chacun des éléments thermiques (pôles) d’un un système monophasé est déphasé à 180°.
Le fait qu’on appelle ces systèmes ‘monophasés’ peut être source de confusion, mais il peut être utile d’y penser comme des systèmes à deux pôles. (Dire qu’il y a deux pôles est correct, mais dire qu’un tel système est à deux phases ne l’est pas.)
Systèmes triphasés
Alors qu’un système monophasé comporte deux pôles déphasés à 180°, le système électrique triphasé comporte trois pôles à 120°: notez : 3 x 120° = 360° = circuit complet. Comme précédemment, le voltage entre le fil thermique et le fil neutre est de 120 volts, mais à cause de l’angle de phase, le voltage entre les deux fils thermiques est de 208 volts, c’est-à-dire 40 x (0,866) = 208 volts, où 0,866 est le cosinus d’un angle à 120°.La majorité des moteurs triphasés n’utilisent pas le fil neutre. C’est ce qu’on appelle un système à connections delta. Quand on utilise le fil neutre, on parle de système à branchement en étoile. La plupart des sources d’électricité se servent du branchement ‘en étoile’. Une charge en delta (moteur, par exemple) peut toujours être modifié en branchement ‘en étoile’, tout simplement en évitant le fil neutre, mais l’inverse (de l’étoile au delta) est quasiment inexistant. C’est possible, mais il faut une prise médiane, trois phases et un transformateur pour artificiellement disposer d’un fil neutre.
Le courant dans le fil neutre
Voilà une question que posent même des professionnels. Si le courant qui passe par le fil neutre est bien la somme des courants dans chacun des fils thermiques, la charge maximale au fil neutre ne devrait-elle pas être trois fois la charge dans chaque élément – à charge maximale? À savoir: si 20 ampères passent dans chacun des fils thermiques, le fil neutre n’a-t-il pas une charge de 60 volts? La réponse est NON. (L’explication qui suit correspond aux systèmes triphasés, mais vaut également pour les systèmes monophasés, à deux pôles.) Le courant qui passe par le fil neutre est bien la somme des courants qui passent à chaque phase; mais ce qui complique un peu les choses à ce stade, c’est que chaque phase comporte une intensité et une direction. Chaque fois que nous avons à faire à une expression qui comporte intensité et direction, cette expression est vectorielle; les flèches dans le schéma ci-dessus sont des ‘vecteurs’. Impossible d’indiquer l’intensité (ou la magnitude) d’un vecteur sans en indiquer la direction.Les vecteurs en mathématique
Pour expliquer la charge au fil neutre, il convient de se remémorer certains principes mathématiques, et notamment les ‘vecteurs’. Un vecteur désigne tout ce qui peut comporter une intensité et une direction. Pensez à un déplacement, où la longueur du trajet correspond à la magnitude (intensité) et la direction, précisément à ce que le mot indique: la direction. Si nous faisons 10 mètres vers l’est, et puis que nous marchons en sens inverse en parcourant 10 mètres à nouveau vers l’ouest, notre déplacement net est égal à zéro: nous nous retrouvons au point de départ. Si nous faisons 10 mètres vers l’est et 10 mètres vers le nord, nous aurions couvert la même distance si nous avions fait 14 mètres en marchant à 45° au nord-est (NE).Pour déterminer ces quatorze mètres NE, nous pouvons ou bien nous servir d’un graphe, ou bien recourir à la trigonométrie. La méthode du graphe est appelée ‘de bout à bout’ : elle reproduit les vecteurs de sorte que le deuxième trajet commence où finit le premier.Coordonnées des exemples ci-dessous : imaginons que vous parcourez 20 mètres à 120° Nord, et puis que vous faites marche arrière pour parcourir 20 mètres à 240° Nord, vous allez couvrir la même distance que si vous faisiez 20 mètres plein Sud. (Signalons que ces 20 mètres Sud, et pas 24, correspondent au fait que 120° et 240° forment ce qu’il est convenu d’appeler un triangle parfait. S’il n’existait pas ces angles ‘parfaits’, nous obtiendrions une autre distance, pas 20 mètres.)
Système monophasé à charge maximale, deux phases à zéro
Pour comprendre comment se détermine la charge sur le fil neutre, examinons trois scénarios-catastrophes. D’abord, quand une phase est à 20A, et les deux autres phases à 0, le courant bien évidemment au fil neutre sera égal à 20A.Configuration où deux phases ont une charge maximale et une phase à zéro :
Quand un courant biphasé est à 20A et que la troisième est à zéro (celui qu’indique la flèche verticale est à zéro), le courant dans le fil neutre est à 20A -180°. La somme 20A - 120° plus 20A - 240° égale 20A - 180°.
Quand les trois phases du système sont chargées au maximum :
Lorsque les trois phases charrient la charge maximale, elles s’annulent : la charge au fil neutre devient égale à 0A.
En somme, la charge dans le fil neutre ne peut jamais être supérieure à la charge maximale dans l’un ou l’autre des éléments thermiques.
Énergie apparente, énergie réelle et facteur énergétique
L’énergie d’un système quelconque se rapporte à sa capacité à accomplir une tâche. L’eau accomplit une tâche quand elle fait tourner les pales d’une turbine hydroélectrique. De même, l’électricité accomplit sa tâche quand elle se transforme en chaleur ou qu’elle fait tourner un moteur. Pour emmagasiner l’énergie, il en faut au préalable; c’est ce qu’accomplissent les dispositifs à condensation, qui l’emmagasinent avant de la libérer ultérieurement. (Ces dispositifs consomment de l’énergie comme ils en génèrent.)L’énergie en général
Dans les systèmes à courant direct, l’énergie est le produit obtenu par la multiplication (x) du courant par le voltage, produit qui se traduit par la formule P = I x V. Dans les systèmes en courant alternatif qui ne comportent que des résistances, c’est la même formule. Mais en ce qui concerne les circuits à condensation ou à induction sur un système en courant alternatif, le dispositif va temporairement emmagasiner une quantité d’énergie, ou en retarder la diffusion; le cas de figure est par conséquent un peu plus complexe. Il va en effet falloir compenser ce délai de transmission d’énergie; c’est à ce stade qu’intervient la notion de facteur (coefficient) énergétique.Le coefficient énergétique
Quand on utilise n’importe quel dispositif à condensation ou à induction sur un circuit en courant alternatif, le courant ou le voltage qui y circule se trouve un peu retardé, ou ‘déphasé’. Un moteur est un dispositif à induction : le courant par conséquent va se trouver en retard sur le voltage: rappelez-vous qu’un inducteur emmagasine l’énergie. Sur les condensateurs au contraire, c’est le voltage qui se trouve ‘déphasé’ par rapport au courant (le condensateur ayant cette capacité d’emmagasiner le voltage).Vous avez peut-être entendu dire que c’est le courant qui est en avance sur le voltage dans le condensateur: ce n’est que façon de parler, le voltage devant rester identique, c’est le courant qui ou bien est en avance, ou bien est en retard sur le voltage. C’est ce que traduit la formule conventionnelle: dans l’inducteur, c’est le courant qui est EN RETARD sur le voltage; dans le condensateur, c’est le voltage qui est EN AVANCE sur le courant.
Dans un circuit strictement à condensation ou à induction avec zéro de résistance, l’angle d’avance/retard est de 90°. En ajoutant une résistance au circuit, on augmente l’angle d’avance/retard.
L’expression ‘coefficient du facteur énergétique’ correspond au cosinus de l’angle de phase. Sur un circuit à induction uniquement, l’angle de retard est de 90° et le coefficient énergétique de 0: [cosinus de 90 = 0]. Le coefficient énergétique le plus répandu dans les moteurs électriques est de 0,8 (angle de retard : 36°), ceci parce qu’il y a toujours des résistances au niveau des bobines ou des spirales à l’intérieur d’un moteur.
L’énergie apparente (x 1000 Volts-Ampères ou KVA)
L’énergie apparente est l’énergie qu’un système va consommer ‘en apparence’. C’est-à-dire que le produit courant x voltage renseigne sur la quantité d’énergie ‘apparemment’ consommée par un système. Mais ce chiffre ne tient pas compte du fait que l’appareil peut emmagasiner (ou retarder) le courant ou le voltage, ce qui fait que le calcul est légèrement faussé.Cette notion d’énergie apparente est utile quand on a une génératrice électrique diesel, où les fils n’ont qu’une capacité limitée à transmettre le courant, et qu’on ne sait pas d’avance ce qu’il faudra connecter à la génératrice. Autrement dit, indépendamment du retard d’exécution (ou de l’angle de phase), la génératrice ne peut acheminer qu’une quantité donnée (limitée) de courant.
C’est pour cette raison que plusieurs modèles de génératrices (et la plupart des transformateurs) sont calibrés en volts-ampères (VA), ou en mille volts-ampères (KVA). Une génératrice (ou un transformateur) calibré 25 KVA ne peut générer plus de 70A par phase à 208 volts, sinon il va brûler sa spirale. Ces modèles peuvent par conséquent fournir 25 kilowatts à une chaudière, mais seulement 20 kilowatts à un moteur (sur la base d’un coefficient énergétique de 80%), car chacune de ces charges utilisera 70A. Étant donné que le fabricant ne sait pas d’avance à quels usages ces génératrices sont destinées, elles sont calibrées en KVA, ce qui indique la charge maximale de courant utilisable, indépendamment du facteur énergétique.
Énergie réelle (en Watts)
La véritable quantité d’énergie utilisée par une machine, ou de réel travail accompli, se désigne par ‘énergie réelle’. Ce chiffre tient compte du fait que l’énergie est emmagasinée ou en retard. Cette notion d’énergie réelle renseigne sur le travail réel accompli, ou encore sur le nombre de chevaux-vapeur (CV) déployés par le moteur. Sur un circuit à résistance et/ou en courant direct, énergie apparente et énergie réelle ne se distinguent pas, mais sur un circuit à condensateur ou inducteur, l’énergie réelle est largement dépendante du coefficient de retard du courant ou du voltage. L’énergie réelle se mesure en Watts. Mathématiquement, il n’y a pas de différence entre un Watt (W) et un volt-ampère (VA), sauf que l’un est utilisé pour désigner l’énergie apparente, et l’autre l’énergie réellement déployée, tous deux étant des mesures de l’énergie. Pour passer de la notion d’énergie apparente à celle d’énergie réelle, on se sert du facteur (coefficient) énergétique.Ainsi, l’énergie (puissance) d’un système est obtenue en multipliant l’énergie apparente par le coefficient énergétique (ce). Dans la pratique de tous les jours, la formule est la suivante: P = I x V x ce.
Rendement
Indépendamment du système, le rendement se mesure en soustrayant l’énergie alimentée de la quantité d’énergie générée. Quand vous pédalez sur votre bicyclette, vos jambes constituent l’énergie fournie, et la roue sur la chaussée correspond à l’énergie générée. La différence entre les deux correspond au rendement de transmission de l’énergie. Dans le cas de la bicyclette, cette perte d’énergie (rendement) provient des frictions au niveau de la chaîne (même du pantalon sur vos jambes), de la force du vent dans les rayons, et même aux pertes dues à la friction entre le pneu et la chaussée; mais aucune de ces pertes n’est attribuable ni à l’inclinaison de la montagne que vous êtes en train de grimper, ni au vent qui pourrait souffler contre vous et le châssis de votre bicyclette, puisqu’en l’occurrence il s’agit de cette portion du travail (charge) que fournit la bicyclette.Dans un moteur, la perte d’énergie est due à la résistance des spirales (bobinages), à la friction dans les roulements, à la résistance de l’air dans le moteur et au phénomène dit ‘hystérèse’, au niveau du noyau du moteur.
Les pôles magnétiques
Tout aimant, quel qu’en soit le type ou l’origine, a deux pôles: un pôle nord et un pôle sud. Cette distribution est très semblable à celle d’une pile : une borne positive et une borne négative. Si vous avez deux aimants, les pôles à polarité opposée s’attireront mutuellement, tandis que les pôles de même polarité se repousseront l’un l’autre. Ces forces d’attraction et de répulsion peuvent être significatives; ce sont elles qui expliquent qu’un moteur tourne.L’induction
Si vous tenez un aimant, et que vous approchez un fil de cet aimant, cela créera un courant dans le fil. Plus vite vous déplacez le fil, plus fort sera le courant. En outre, plus votre aimant sera puissant, plus la charge de courant sera élevée. Si vous changez la direction du fil, le courant changera lui aussi de direction. C’est le principe de base des génératrices diesel, où un moteur diesel fait passer deux fils à proximité d’un champ magnétique.Les électro-aimants
Chaque courant électrique en circulation génère un champ magnétique. Lorsque ce courant passe dans un fil, le champ magnétique va se développer en anneaux magnétiques autour du fil. Il est alors possible de concentrer ce champ en embobinant le fil en boucles serrées, ce qui constitue l’électro-aimant. Il est possible de concentrer ce champ magnétique encore davantage, en enveloppant le fil dans une tige de fer. Cet électro-aimant comporte lui aussi un pôle nord et un pôle sud, comme les autres aimants, mais sa polarité change avec le changement de courant électrique. Si vous faites passer un courant d’une ligne de 60 Hz par un électro-aimant, la polarité des pôles magnétiques changera soixante fois par seconde.Éléments d’un moteur
Un moteur se compose d’un certain nombre d’aimants permanents ou électromagnétiques, qui s’attirent et/ou se repoussent sans discontinuer. Ceci crée le déplacement du rotor mobile à l’intérieur du moteur. La seule différence d’un moteur à un autre réside dans la façon dont ces aimants sont fabriqués et contrôlés.Le stator (induit fixe)
Il s’agit de l’élément magnétique fixe du moteur, et qui dans certains cas constitue le châssis. Sur la plupart des moteurs, le champ magnétique du stator provient d’électro-aimants. Exception: les petits moteurs à courant direct, qui animent les jouets d’enfants: trains électriques, etc., lesquels utilisent de petits aimants permanents en barre. Il est rare de trouver des aimants permanents dans les moteurs d’importance, car ils risquent de perdre leur magnétisme si le champ est trop élevé dans le bobinage. Ceci entraînerait la saturation d’un aimant permanent et causerait une re-magnétisation du stator dans la polarité opposée.Le rotor
Le rotor est la pièce qui compose l’arbre de rotation du moteur. Ce rotor est pratiquement toujours électromagnétique (bobines).Les bobinages (enroulements)
Il s’agit des spirales de fil qui constituent l’électroaimant. Elles enrobent habituellement une superposition de barres de fer stratifiées. Le pourquoi de la stratification nous entraînerait trop loin, mais pour ceux et celles qui s’y connaissent, la stratification vise à éliminer les pertes dues à l’hystérèse au niveau du noyau.Le commutateur
On en trouve aussi bien dans les moteurs de type ‘universel’ que dans ceux à courant direct. Ces dispositifs, ainsi que les balais, servent à alterner la polarité des spirales pendant que le moteur accomplit une révolution. (Manette à marche avant / arrière, si l’on préfère).Les balais
Il s’agit généralement de petites barres de carbone, ou de graphite, qui servent à conduire le courant des fils au commutateur, puis vers les spirales du rotor. Ces petits balais sont doux, de sorte qu’ils font contact avec le commutateur dès que celui-ci entre en rotation.Calculs
En raison des principes de conservation de l’énergie (l’énergie ne se perd ni ne se crée; elle ne fait que se transformer d’une forme à une autre), on peut dire que l’énergie à l’intérieur d’un moteur (sous forme d’électricité) est égale à l’énergie développée par le moteur: Chevaux-Vapeur (CV) - moins les pertes ou déperditions durant le processus de conversion.Un moteur, ce n’est rien d’autre qu’un convertisseur d’énergie. Un moteur convertit tout simplement une énergie électrique en énergie mécanique, générant ce faisant un sous-produit: un peu de chaleur. (Noter que les pertes ou déperditions ne sont pas en contradiction avec le principe de ‘conservation’ de l’énergie: ces pertes se traduisent en réalité en chaleur ou autres formes d’énergie.)
La formule qui sert à établir la conservation d’énergie électrique en chevaux-vapeur mécaniques est la suivante: CV = W/745, où CV signifie le cheval-vapeur, W les watts et 745, le coefficient de conversion. Dans ce qui précède, nous avons vu que l’énergie, en volts-ampères, se traduit par l’équation: P = I x V. Dans le cas d’un engin à induction comme un moteur, il faudra tenir compte de l’angle de phase entre le courant et le voltage et donc ajouter le coefficient énergétique (ce). L’équation devient alors P = I x V x pf. L’équation définitive devient alors ceci: HP = I x V x pf / 745.
Système à terre partagée
Un système dit ‘à terre partagée’ désigne tout système où le fil ou le circuit à la terre est commun à l’ensemble des panneaux de contrôles. Dans une architecture de ce type, seule la borne de charge centrale est mise à la masse (le fil neutre connecté à la terre). Il ne devra se présenter dans le système aucune autre connexion du sol au fil neutre.Chacun des panneaux de contrôles subsidiaires ou annexes devra être branché par un circuit indépendant du neutre à la terre, lorsque ce branchement provient d’une borne centrale de charge. Par défaut, tous les systèmes électriques dans un même édifice se partagent la même borne à la terre. C’est pour cette raison que, si vous ajoutez un panneau supplémentaire dans votre sous-sol par exemple, il vous faudra faire courir un fil à la terre du panneau central vers ce panneau annexe; et vous ne manquerez pas d’enlever la vis de mise à la masse du panneau annexe.
Système séparé de mise à la terre
Dans un système de mise à la terre séparée, vous disposez en réalité de deux systèmes indépendants. Ces systèmes électriques ne devraient pas être abrités dans un même édifice ou habitation, et il ne devra se trouver aucun trajet à la terre qu’ils aient en partage (tuyauteries et canalisations d’eau comprises). Lorsque qu’on a deux systèmes à la terre entièrement autonomes, on les met à la masse respectivement.Pour vous donner un simple exemple d’un système séparé, il suffit de visualiser l’apport en électricité de votre entreprise dans un panneau de distribution, avant d’alimenter deux édifices différents. Il y aura une borne centrale dans chacun de ces édifices et une barre à la terre séparée. Aucun fil à la terre ne raccordera les deux édifices. Dans ce cas, il n’y a pas de panneau ‘annexe’, chaque panneau servant de panneau central de charge.
Electricité -Petit voyage en électricité : de la prise au poteau
Electricité -Petit voyage en électricité : le disjoncteur
Principe de fonctionnement
Voici un premier schéma qui montre la fonction du disjoncteur différentiel:
Une installation courante, doit comporter deux disjoncteurs différentiels. Un premier, qui surveille toute l'installation et l'on admet un différentiel de 300mA. Un second pour la salle de bain et là on n'admet que 30mA de différentiel. Même chose pour une buanderie: 30mA.
Important: il faut une bonne terre. Et tout vos appareils électriques, tels que machine à laver, sèchoir, radiateur électrique.....doivent être raccordé à une prise avec terre.
Le role du disjoncteur différentiel est donc très important pour votre sécurité.
En effet, si votre appareil électrique présente
un problème, tels que: un fil dénudé qui touche la carcasse de
l'appareil, une résistance de chauffage qui est percée.....le courant de
fuite va s'évacuer par la terre, I1 va etre plus grand que I2, et si cette différence dépasse 30mA, le disjoncteur va se déclencher, vous protégeant de toute électrocution.
Que se passerait-il si l'appareil n'est pas
sécurisé par un disjoncteur? Prenons le cas d'une machine à laver:
lorsque vous allez toucher la carcasse, ou retirer le linge de la
machine, vous allez etre soumis à une décharge électrique qui risque de
vous électrocuter sérieusement.
Electricité -Petit voyage en électricité : le fusible
Un fusible est un dipole destiné à protéger une ligne électrique ou un appareil contre un courant électrique d'intensité trop élevée.
Un fusible est constitué d'un fin fil métallique. Lorsqu'il est parcouru par le courant électrique l'effet joule provoque son échauffement et si sa température dépasse une certaine limite alors il se met à fondre. Le fil métallique, en fondant, ouvre le circuit et empêche le courant électrique de circuler.
Le calibre des fusibles
Chaque fusible comporte un calibre qui indique la valeur maximale d'intensité qu'il peut recevoir. Par exemple un fusible de calibre 20 A peut supporter au maximum un courant électrique d'intensité 20 A.
Utilisation des fusibles
On trouve des fusibles dans les tableaux électriques de toutes les habitations. Chaque tableau électrique comporte plusieurs fusibles et chacun protège une ligne électrique différente ( celle des prises d'une pièce, des lampes, de la machine à laver, du chauffage électrique etc)
On trouve aussi des fusibles dans certains appareils électriques.
Electricité -Petit voyage en électricité : le compteur
Un compteur électrique
Un compteur électrique est un organe électrotechnique servant à mesurer la quantité d'énergie électrique consommée dans un lieu : habitation, industrie... Il est utilisé par les fournisseurs d'électricité afin de facturer la consommation d'énergie au client. À l'origine ces appareils étaient de conception électromécanique, ils sont remplacés dorénavant par des modèles électroniques.L'unité légale d'énergie est le joule, correspondant à une puissance d'un watt pendant une seconde. Cependant, l'unité d'énergie habituellement utilisée pour la consommation électrique est le kilowatt-heure (kWh). Un kWh est équivalent à 3,6×106 J.
Les différents types de compteurs
- Compteurs classiques électromécaniques.
- Compteurs électroniques.
- Compteurs modulaires
- Compteurs centrale de mesure
-
Compteur « classique » monophasé Heliowatt
-
Compteur électronique monophasé type « EDF » SAGEM
-
Compteur monophasé « modulaire » Polier
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