Pourquoi le courant est-il alternatif ?

D’où vient le courant ? Comment arrive-t-il jusque nous ?Cliquez sur les chiffres et phrases en couleur pour suivre la visite

1 la fabrication du courant

2 Les transformateurs

3 le transport du courant

4 le courant est-il bien adapté à nos besoins?

• Que se passe-t-il dans une centrale électrique ?

Dans une centrale électrique (voir les différentes sortes de centrales), de l’eau met en mouvement une turbine. Celle-ci fait tourner le rotor de l’alternateur. Le rotor, constitué d’électroaimants, tourne devant des bobines fixes (le stator), produisant à l’intérieur de ces bobines une tension alternative, sinusoïdale de fréquence 50 Hz.

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•La turbine

La turbine est constituée de « cuillères » fixées autour d’un axe. De l’eau sous pression est projetée sur ces cuillères ce qui fait tourner très vite la turbine. L’axe de la turbine est solidaire du rotor de l’alternateur : quand la turbine tourne, le rotor tourne.

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•L’alternateur

Le rotor porte des électroaimants. Sa rotation est obtenue grâce à des turbines mises en mouvement par un fluide (vapeur d’eau, eau liquide, ou l’air). Dans une centrale thermique, le rotor qui porte un seul électroaimant effectue 3000 tours par minutes, dans une centrale hydraulique, le rotor a une vitesse plus faible, de 60 à 600 tours par minutes.

Le stator est un ensemble de bobines (de fils électriques) montées en série: les tensions produites entre leurs bornes s’ajoutent pour donner la tension totale: on peut ainsi obtenir de 15 à 20 kVolt.

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Lors de l’assemblage d’un alternateur (photo ci-contre) on peut voir le rotor (à gauche) et le stator (à droite)

•Les différentes sortes de centrale électrique

1- centrale thermique à flamme 3- centrale hydraulique2- centrale thermique nucléaire 4- Eolienne

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•La centrale thermique à flammePrincipe de ces centrales:

On chauffe l’eau grâce à un combustible classique (charbon, fioul, gaz naturel). C’est la partie de gauche.

L’eau à l’état liquide se transforme en vapeur d’eau sous pression. Celle-ci passe dans le circuit représenté en rouge et fait tourner la turbine, entraînant l’alternateur. A la sortie de l’alternateur, le courant électrique sort par des câbles (petit éclair sur le schéma)

L’eau est ensuite refroidie dans le condenseur et redevient liquide, prête pour recommencer un nouveau cycle.

Autre centrale

•La centrale thermique nucléaire

Les centrales thermiques nucléaires transforment l’énergie nucléaire (c’est-à-dire l’énergie dégagée la fission de l’atome d’uranium : on casse l’atome) en énergie électrique car cette fission produit une importante chaleur.

La chaleur sert à transformer l’eau liquide en eau sous forme de vapeur et c’est cette vapeur sous pression qui fait tourner les turbines, comme pour les centrales thermiques à flamme.

Autre centrale

•Centrale hydraulique

Dans les centrales hydrauliques, la dénivellation entre l’eau dans le lac de retenu situé derrière le barrage et le torrent situé en contrebas donne à l’eau une forte énergie potentielle. En tombant, elle met mouvement les turbines.

Autre centrale

•Les éoliennesLeur nom du dieu grec Eole, dieu du vent.

Les éoliennes tournent grâce au vent et cette rotation fait tourner une turbine, puis un alternateur comme dans toutes les centrales.Retour

•Le transport du courant

Après sa production, l’énergie électrique est transportée parfois sur de très longues distances. Pour limiter la perte d’énergie par effet Joule (dégagement de chaleur à cause de la résistance des fils) il est préférable de faire circuler l’électricité sous forte tension et faible intensité. La tension à la sortie de la centrale est de l’ordre de 20 kV. Elle est élevée à 400 kV et chemine le long de lignes à très haute tension. Elle est parfois abaissée à des moyennes tensions (10 à 15 kV) et utilisée telle quelle par certaines industries.

A l’arrivée dans nos villes, elle est transformée en basse tension, c’est-à-dire 230 V.

Il y a près de 35 000 km de lignes à très haute tension dans notre pays et 600 000 km de lignes basses tensions desservent les utilisateurs.

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•Transformateurs

Comment fonctionne un transformateur ?

Poste de transformation sur un poteau (20 kV/380V)

Transformateurs à la sortie de centrales EDF

Le transformateur peut augmenter la tension (comme à la sortie des centrales électriques pour faciliter le transport) ou abaisser le courant pour son utilisation par les entreprises et les habitations.

•Constitution du transformateur

Le transformateur est constitué de deux bobines de fils de cuivre qui ne sont pas reliées électriquement . Ces bobines sont enroulées autour d’un noyau en fer, et ce sont les courants induits par le courant alternatif dans ce noyau en fer qui produisent un courant dans la bobine « secondaire » et donc une tension en sortie Us.Suite

•Comment le transformateur fonctionne-t-il ?(1)Observez cette expérience:

Tension à l’entrée du transformateur et à la sortie

suite

•Comment le transformateur fonctionne-t-il ?(2)

La valeur maximale de la tension a été divisée par deux entre l’entrée (le primaire ) et la sortie du transformateur.Par contre, la période fait toujours 4 carreaux donc elle ne change pas (et donc la fréquence ne change pas non plus) . suite

•Comment le transformateur fonctionne-t-il ?(3)

On retiendra que : un transformateur augmente (ou diminue) la valeur efficace d’une tension alternative sans en changer la fréquence.Remarque : le transformateur ne modifie que les courants alternatifs, pas les courants continus

Le voltmètre qui mesure la valeur efficace de la tension nous montre aussi que le transformateur fait diminuer la valeur efficace de la tension. La diminution dépend simplement du nombre de tours de fils dans la bobine à l’entrée et à la sortie.

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•Le courant est-il toujours alternatif dans nos maisons ?

Le courant qui arrive dans nos habitations a été abaissé à une tension de 230 V (380 V pour le courant triphasé). Il est alternatif et de fréquence 50 Hertz. La plupart de nos appareils (de la perceuse à la machine à laver, en passant par le sèche cheveux et la télévision) fonctionnent avec ce courant alternatif.

Certains appareils fonctionnent avec du courant continu. C’est le cas aussi de certains appareils qui possèdent un moteur qui ne fonctionne qu’en continu ou de certains appareils qui fonctionnent souvent avec des piles. On peut cependant les faire fonctionner avec le secteur mais il faut un adaptateur qui transforme le courant alternatif des prises en courant continu

L’adaptateur sert de pile pour le lecteur de CD

Principe de l’adaptateur : redressement du courant

• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (1)

1°) Redressement simple alternance: supprimer l’alternance négative d’une tension alternatif avec une diode

Voici l’aspect de la tension alternative à la sortie du générateur: observez bien.

Lorsque le courant va dans le sens de la diode, le courant passe, les alternances positives se font normalement.

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (2)

1°) Redressement simple alternance: supprimer l’alternance négative d’une tension alternatif avec une diode

Voici l’aspect de la tension alternative à la sortie du générateur: observez bien.

Lorsque le courant change de sens: la diode bloque le courant : la tension devient nulle: trait rouge à 0.page suivante

• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (3)

Résultat : il ne reste plus que les alternances positives.

1°) Redressement simple alternance: supprimer l’alternance négative d’une tension alternatif avec une diode

Voici l’aspect de la tension alternative à la sortie du générateur: observez bien.

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (4)

2) Redressement double alternance avec un pont de diode: faire devenir positif l’alternance négative du courant alternatif

Voici l’aspect de la tension alternative à la sortie du générateur.

Lorsque le courant va dans un sens il forme des alternances positives : suivez bien le trajet du courant.

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (5)

2) Redressement double alternance avec un pont de diode: faire devenir positif l’alternance négative du courant alternatif

Quand le courant change de sens, il peut toujours passer mais il est envoyé dans la résistance, avec le même sens que lors de l’alternance positive : l’alternance négative est redressée, suivez les flèches.

Voici l’aspect de la tension alternative à la sortie du générateur.

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (6)

Résultat : on obtient deux alternances positives grâce au pont de diode.

2) Redressement double alternance avec un pont de diode: faire devenir positif l’alternance négative du courant alternatif

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (7)

3) Filtrer le courant : empêcher la tension de redescendre vers le 0 grâce à un condensateur

On rajoute au pont de diode un condensateur qui a pour effet de ralentir la chute de tension.

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• Les différentes étapes pour passer du courant alternatif au courant continu (8)

3) Filtrer le courant : empêcher la tension de redescendre vers le 0 grâce à un condensateur

Résultat: le condensateur a pour effet d’aplatir la courbe: on se rapproche du continu.

Plus le condensateur est « fort » plus la tension se rapproche d’une valeur constante.

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•ConclusionL’adaptateur comporte un transformateur qui diminue la tension et un système redresseur qui transforme l’alternatif en tension continue.

J’ai tout compris je peux fermer.Je n’ai pas tout compris ou pas

tout vu, je veux revoir certaines parties.