Quelques bases d'électricité...

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Si on ne peut pas apprendre l'électricité en cinq minutes, on peut tout de même donner quelques notions de bases qui permettent de comprendre grosso-modo le fonctionnement des appareils. Je vais donc employer quelques images pour faire comprendre les circuits, mais je ne les explique pas. Ces quelques lignes sont là pour ceux pour qui l'électricité reste un mystère insondable. Ceux qui connaissent déjà n'ont rien à y faire !!
Qu'est-ce que c'est ?
Si l'électricité reste obscure (!) pour beaucoup, c'est surtout parce qu'on ne voit rien ! Dans un tuyau d'arrosage, on voit l'eau qui part du robinet, qui circule, qui fait tourner une brosse par exemple, et qui ressort ailleurs pour retourner à l'égout. C'est physique ! Clair ! Limpide.
Et bien figurez-vous que l'électricité, c'est la même chose ! Mis à part qu'il s'agit d'un flot d'électrons plutôt que de liquide, les problèmes de robinet se ressemblent énormément. Si le tuyau d'arrosage pète, vous prenez un bain ! Si l'isolant du cable électrique pète, ce sera une secousse, mais dans les deux cas, il y aura une fuite !!
Et puisqu'on est parti sur cette voie, continuons :
Pour avoir de l'eau, il faut une réserve d'eau, le réseau ou un réservoir. En électricité, ce sera le secteur ou une batterie.L'eau retourne à la source par l'égout ou la terre, le courant retourne par le fil de retour ou ... la terre !
Pour ouvrir l'eau, il faut un robinet. En électricité, ça s'appelle un interrupteur. Dans le réseau d'eau, il y a une pression en kg/cm² ou en bars, et un débit en m³. Dans les fils, il y a une tension en volts, et une intensité en ampères.

Dans les circuits d'eau, plus la pression et le débit sont grands, plus il faut que le tuyau soit solide (pour résister à la pression) et plus il faut qu'il soit gros (pour avoir un gros débit).Dans les cables électriques, plus la tension sera élevée et plus il faudra un isolant efficace, et plus il faudra d'intensité, plus le conducteur devra être gros !
Nous allons nous arrêter là pour les comparaisons, mais les similitudes sont très réèlles.
La puissance de l'électricité
Pour comprendre ce qui suit, il faut tout de même parler de quelques unités. Un courant se caractérise par sa tension (en volts) et par son intensité (en ampères).A partir de ces deux valeurs, on peut déduire approximativement la puissance disponible (en watts). Il suffit de multiplier la tension par l'intensité. Donc P=UI.
Les conducteurs se caractérisent essentiellement par leur résistance au passage du courant qui s'exprime en ohms. Le cuivre est souvent utilisé gràce à sa faible résistance, mais cela impose tout de même de grosses sections pour de gros débits.
Dans cette installation, nous retrouvons la loi d'ohm, où il est dit que U(tension en volts) est égal à R(résistance en ohms) multiplié par I (intensité en ampères). Donc, U=RI.
La résistance des conducteurs provoquent une chute de tension et un dégagement de chaleur, de sorte qu'une perte de puissance se produit avant même qu'on utilise ce courant.
Ce qui est intéressant pour nous, c'est de savoir qu'on peut obtenir la même puissance avec une tension très élevée et une intensité faible, ou avec une tension très faible et une intensité très élévée.
Or, le calcul des équipements prend en compte le débit, donc l'intensité. C'est cette intensité qui impose de grosses sections, car il nous faut le moins de résistance possible.Il vaut donc mieux transporter des très hautes tensions, et de très faibles intensités pour avoir le moins de perte possible.
Deux sortes de courant...
Là où ça se complique, c'est quand ça devient moins simple, comme dirait mon cheval !! La découverte de l'électricité s'est faite avec du courant continu. Commençons donc par ceui-là.
Le courant continu
Le courant continu est comme le tuyau d'eau dont je parlais plus haut. Il part toujours du même endroit (le plus) et va toujours au même endroit (le moins). Ne vous préoccupez pas des gens qui vous diront le contraire ! En fait, ces gens là ont été plus loin que vous en électricité, et ils tiennent à ce que vous le sachiez ! Ce n'est pas important.
Ce courant continu à l'avantage de pouvoir actionner des moteurs à très fort couple de démarrage comme les moteurs série, mais il a le gros désavantage d'être difficile à transformer. On sait mieux utiliser ce courant aujourd'hui grace à l'électronique de puissance, mais cela est relativement récent.
Le courant alternatif
En utilisant le courant continu, on s'est trés vite aperçu qu'à chaque fois qu'on voulait faire varier la tension, il se créait un courant parasite qui s'opposait à cette action. Le courant alternatif,qui change de sens 50 fois par seconde, possède des propriétés justement engendrées par cette anomalie. En fait, cette variation crée un effet magnétique qui engendre lui-même un courant de sens opposé.

Cette propriété est très largement utilisée dans les transformateurs. Un premier enroulement reçoit le courant alternatif à transformer, et ce courant produit un champ magnétique puisque le courant change de sens 50 fois par seconde. On canalise ce champ dans un cadre en ferrite, pour le canaliser vers un deuxième enroulement indépendant du premier. Il va se créer dans cet enroulement un courant de puissance équivalente au premier.
Le gros avantage, c'est qu'en faisant varier le nombre de spires entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire, on conserve le même rapport de courant. Par exemple, si on a un primaire de 200 spires avec 24 volts, on obtiendra au secondaire 6 volts avec 50 spires. Et si on a besoin de 20 ampères au secondaire, il suffira d'en fournir 5 au primaire.!! Tout ceci vous parait flou ? Tant pis, je ne peux pas faire moins...

Au chemin de fer, on appelle courant monophasé un courant alternatif à une seule phase.

Les moteurs à courant continu On utilisait sur les locomotives des moteurs série, avant l'arrivée de nouvelles techniques. Ces moteurs ont la propriété de posséder un couple de démarrage important. Ils ont aussi la propriété de s'emballer, ce qui explique pourquoi ils sont toujours couplés mécaniquement.
On les appelle des moteurs série tout simplement parce que l'inducteur moteur est en série avec l'induit.
Sans vouloir faire trop de théorie, il faut savoir que lorsqu'il ne tourne pas, ce moteur a une très faible résistance, et qu'il peut donc passer une intensité énorme. Sa résistance augmente dès qu'il tourne, avec l'apparition d'une force contre-électromotrice qui s'oppose au passage du courant. Ceci vous explique qu'on ait recours à tout un tas de mécanismes pour la mise en vitesse, et ceci vous explique aussi pourquoi les conducteurs démarrent leurs trains avec deux pantos levés.

Les moteurs modernes Le problème des moteurs série est qu'ils nécessitent un entretien assez conséquent (collecteurs, balais), et les concepteurs ont longtemps cherché un moyen plus fiable de traction. Avec l'électronique de puissance alliée à l'informatique, on a pu construire des moteurs très petits et plus puissants que leurs prédecesseurs. En agissant sur les champs magnétiques, on a pu réduire l'entretien de ces moteurs presque totalement en supprimant les collecteurs. Pour simplement vous donner une idée, les moteurs du TGV atlantique ont des capteurs qui lisent la position de l'induit, et font varier le champ inducteur en conséquence. C'est pourquoi on les appelle des moteurs synchrones autopilotés. C'était impensable, il n'y a pas si longtemps...

Série ou parallèle ? Ces termes revenant souvent dans l'utilisation des locomotives à courant continu, il suffit simplement de savoir qu'il s'agit de méthodes de connexions qui permettent de diviser la tension totale du circuit. C'est une des possibilités utilisées pour coupler les moteurs de traction.




Les matériels qu'il faut connaitre...



Le redresseur: C'est un élément qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Pour redresser un courant alternatif en continu, on utilise un pont de redresseurs capable de remettre toutes les alternances dans le même sens.La tension est toujours ondulée, mais toujours dans le même sens.








Le condensateur: C'est un élément qui fonctionne comme une batterie en charges et décharges, mais au même rythme que les ondulations qu'on applique à ces bornes. Un condensateur prend du courant lorsque la tension monte, et le rend lorsqu'elle diminue. On peut donc s'en servir comme filtre pour aplanir les ondulations parasites qui subsistent derrière un pont de redresseurs.
En série dans un circuit, on dit que le condensateur laisse passer le courant alternatif, et arrête le continu.

La self de lissage: Cet élément utilise les propriétés magnétiques du courant alternatif pour s'opposer à son ondulation. Une self a donc la propriété de s'opposer aux oscillations, en laissant passer le courant continu qui ne provoque pas de magnétisme tant qu'il n'oscille pas. On l'utilise dans les circuits de traction pour lisser le courant redressé.

Le thyristor: : Utilisé dans les machines modernes, c'est une sorte de redresseur, dont on peut faire varier le passage par un signal électrique sur une gachette. Cet élément a permis de concevoir les machines à courant continu sans rhéostat.

Résistance: C'est un élément qui s'oppose au passage du courant en transformant l'énergie en chaleur. Lorsque plusieurs résistances peuvent être couplées en série par des contacts, c'est un rhéostat.

Onduleur: C'est un montage électronique qui fabrique un courant alternatif à partir du courant continu.

Ignitron: C'est un élément à gaz qu'on utilisait avant les redresseurs pour redresser de fortes puissances. Il est un peu tombé dans les oubliettes !