01 Câbles et alimentations des appareils en TPDocument de TP

Le but de cette fiche est de se familiariser avec les notions de masse, de terre, et les différents types de câbles, de branchementset d’alimentations existant en électricité et en TP.

A. Source de base de tension : installation E.D.F.

La source de base de tension des appareils utilisés en TP est celle fournie par E.D.F.

Le courant usuellement apporté dans les prises est dit monophasé. Au niveau des prises standard (cf. figure 1), il y a 3contacts :

• La phase qui correspond à un fil actif, dont le potentiel électrique V ph varie à la fréquence de 50 Hz.

• Le neutre qui correspond à un fil passif, dont le potentiel est constant V neut.

• La terre qui correspond à un fil en contact avec le sol. Dans les installations domestiques, le neutre est souvent encontact avec la terre au niveau du transformateur et donc, sont au même potentiel. Le symbole usuel pour un contact

avec la terre est .

Entre le contact de phase et le neutre (et donc la terre dans les installations domestiques), il y a une tension alternativeefficace de 230 V :

V ph − V neut = UEDFp

2cos(2π f EDF t) avec UEDF = 230V et f EDF = 50Hz

Les appareils et alimentations électriques utilisés cette année se brancheront sur le réseau EDF. Ces appareils peuvent être desinstruments de mesure (oscilloscopes, carte d’acquisition),

Figure 1 – à gauche : Prise femelle murale de type E (France); au centre : Câble d’alimentation sans terre ; à droite : Câbled’alimentation avec terre.

B. Mise à la terre des appareils électriques

Les appareils utilisés en TP cette année sont reliés au secteur EDF par des câbles d’alimentation à 2 contacts (donc sansterre) où à 3 contacts (cf. figure 1)

La grande majorité des appareils utilisés (GBF, oscilloscope, multimètres, carte d’acquisition) sont connectés par des câblesd’alimentation 3 contacts. Leur châssis est directement relié à la terre, ce qui permet qu’en cas de contact du circuit électriqueavec le châssis, la tension entre ce dernier et la terre soit nulle, évitant ainsi les risques d’électrocution d’un utilisateur (encontact avec le sol) touchant le châssis.

Les bornes (−) de la plupart des appareils électriques sont donc toutes reliées à la terre, donc au même potentiel ! La con-séquence est que dans un circuit électrique, si un dipôle est placé entre deux bornes (−) d’appareils électriques différents, latension à ses bornes sera obligatoirement nulle.

On reliera toutes les bornes (−) des appareils électriques branchés à EDF entre elles : ce point de potentiel sera appelé

“masse du circuit” notée

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Fiche 1 Cables et alimentations en TP.

Remarque : le mot “masse” en électricité signifie “référence de potentiel”. Dans la plupart des montages électriques ce sera le potentielde la terre V terre car les appareils de mesure (branchés à la terre) ont leur référence à la terre (ils considèrent V terre = 0V).

Remarque : il existe des appareils électriques dits à masse flottante. Cela signifie que leur borne (−) n’est pas reliée à la terre. Cesappareils sont souvent munis d’une borne terre (verte) supplémentaire et ont un câble d’alimentation 2 contacts ou fonctionnenttout simplement sur batterie (c’est le cas des multimètres).

C. Différents câbles

En Travaux pratiques, vous verrez différents câbles :

• Des câbles d’alimentation (cf. figure 1).

• Des fils électriques avec cordon de sécurité (cf. figure 2) dont les embouts sont appelés aussi “ fiches bananes”

• Des câbles coaxiaux avec sortie BNC (cf figure 2)

Figure 2 – à gauche : Cordon de sécurité avec fiche banane ; à droite : Câble coaxial avec fiche BNC.

La différence fondamentale entre ces deux derniers types de connecteurs est le nombre de contacts.

• Les cordons de sécurité sont des fils et permettent de relier deux points entre eux, c’est-à-dire de mettre deux points aumême potentiel (la tension aux bornes d’un fil étant négligeable).

• Les câbles coaxiaux sont composé d’une âme (à l’intérieur) et d’un blindage (à l’extérieur), ce sont deux conducteursséparés par un isolant. L’embout BNC permet les deux contacts, le blindage étant mis en contact avec le châssis del’appareil (donc souvent la terre), et l’âme étant mise en contact avec le circuit électrique.

Les oscilloscopes, et les générateurs de signaux électriques fonctionnent avec des sorties BNC (cf. figure 3). On appelle alorsborne (−) le contact avec le blindage, et borne (+) le contact avec l’âme.

Figure 3 – Un oscilloscope à gauche avec ses fiches BNC, et un générateur de signaux à droite avec aussi des fiches BNC

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Fiche 1 Cables et alimentations en TP.

Les alimentations dites stabilisées1,les cartes d’acquisition, ainsi que les multimètres ont des bornes en fiche banane. Pour lesalimentations et les cartes d’acquisition, le rouge est alors la borne (+) et le noir la borne (−). Pour les multimètres (figure4) on parle de borne d’entrée et de borne (COM).

Figure 4 – Une alimentation 12V/6V stabilisée à gauche avec ses fiches bananes, au centre, une carte d’acquisition avec lamasse en noir (borne (-))et les entrées en rouge (toutes fiches bananes) ; et à droite un multimètre numérique (bornes d’entréeet borne COM toutes avec fiches bananes)

Des adaptateurs BNC-banane existent (cf. figure 5). La borne rouge est reliée à l’âme, et la borne noire au blindage.

Figure 5 – à gauche : adaptateur BNC-banane ; au centre : câble coaxial BNC / banane : à droite : “té” BNC.

D. Un circuit électrique lisible

Quelques règles de base pour construire un circuit lisible :

• On fait un schéma lisible.

• On relie toutes les masses [bornes (-) des appareils reliés à EDF] du circuit ensemble par des fiches bananesnoires ou par le blindage des câbles coaxiaux.

• On utilise des fils bananes rouges pour la maille principale, et des fils bananes d’autres couleurs pour lesdérivations.

• On évite de multiplier les adaptateurs BNC-banane inutiles, et on utilise des “tés” qui permettent de dé-doubler une prise BNC. (cf. figure 5)

• On évite d’avoir des sacs de nœuds.

Un circuit électrique est sujet aux faux-contacts. En cas de problème, essayez de tripoter les fils de votre circuit : si le signalmesuré réagit beaucoup, c’est qu’il y a des fils défectueux. . .

1“stabilisées” (cf. figure 4) car permettant de donner toujours la même tension quelque soit le montage qu’elles alimentent.

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