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Définition des grandeurs électronique
Avant de commencer l'étude des éléments d'une source d'alimentation continue, nous allons brièvement définir les relations essentielles concernant les courants continus et les courants alternatifs.
Le courant continu
Le courant continu est un courant unidirectionnel, c'est-à-dire circulant toujours dans le même sens, et de valeur constante
Le courant alternatif
Le courant alternatif est un courant qui change de sens périodiquement et dont la valeur moyenne est nulle. Les réseaux de distribution de l'énergie électrique, alimentés par des alternateurs, fournissement un courant alternatif sinusoïdal
La fréquence
La fréquence (F) d'un courant alternative sinusoïdale est le nombre de fois que le courant reprend le même sens pendant une seconde. L'unité de fréquence est le hertz (Hz).
La période
La période (T) est le temps constant qui s'écoule entre deux reprises de même sens par un courant alternatif. Entre la période T d'un courant et sa fréquence (F) il existe une relation. Dans cette relation, T est exprimée en seconde et F, en hertz.
T=1/F
L'alternance
On appelle alternance d'un courant alternatif une demi-période comprise entre deux changements de sens consécutifs comme illustré par la figure 1.
Figure 1. Schéma synoptique d'une alimentation stabilisée.
Le transformateur d'alimentation :
Le transformateur d'alimentation est utilisé pour modifier la tension du réseau afin d'obtenir les tensions désirées. Il permet, également, d'isoler électriquement le réseau de distribution en courant alternatif du réseau d'utilisation en courant continu.
Le redresseur
Le redresseur Permet d'obtenir à l'aide de soupapes électronique (diodes, redresseur sec etc...) une tension unidirectionnelle puisée à partir d'une tension alternative sinusoïdale.
Le filtrage
Le filtrage Permet d'obtenir une tension continue sensiblement constante à partir de la tension puisée fournie par le redresseur.
Le régulateur
Le régulateur Permet de maintenir une tension continue stable indépendamment des perturbations externes; telles que les variations de la tension du secteur ou les variations de la résistance de charge.
Abaissement de la tension :
Le transformateur:
Le transformateur sert à transformer la tension alternative du secteur en une tension alternative plus basse ou plus élevée. Dans une alimentation, le transformateur devra, la plupart du temps, abaisser la tension (figure 2). Pour la distribution d’électricité à haute tension, on aura des transformateurs élévateurs de tension.
Figure 2. Abaissement de la tension Une spire de ?l conducteur traversé par un courant électrique d'intensité I donne naissance à un champ magnétique B comme le montre la figure 3.
Figure 3. Principe de l’induction électromagnétique
Une spire de fil conducteur en mouvement dans un champ magnétique produit une différence de potentiel à ses bornes
U = N.ω.θ. ?
N: Le nombre de spires du bobinage
ω= 2πf
f: La fréquence du mouvement.
?: Le flux magnétique
? = B.S
Avec S = surface de la spire
Figure 4 Principe de l’induction électrique.
Le transformateur est constitué d'un bobinage primaire alimenté en 220V et d'un bobinage secondaire qui va fournir la tension transformée (plus basse ou plus élevée).Les deux bobinages sont enroulés autour d'un circuit magnétique en fer. Le bobinage primaire induit un champ magnétique alternatif dans le circuit magnétique. Dans le secondaire sera induit (effet inverse) un courant par le champ magnétique alternatif. Les tensions primaires et secondaires dépendent du nombre de spires des bobinages. Le transformateur est caractérisé principalement par ses tensions primaires et secondaires et par la puissance maximale qu'il est capable de fournir. Up, Us, Pmax
Figure 5 Réalisation pratique d'un transformateur.
2-Redressement
La diode
C'est un composant qui laisse passer le courant dans un sens et pas dans l'autre.
Figure 6 Fonctionnement de la diode dans le schéma de l'alimentation.
La diode est principalement caractérisée par le courant à fournir à la charge et la tension inverse de crête appliquée à la diode pendant la période de non-conduction. Exemple: si la tension efficace aux bornes du secondaire est de 12V, la valeur crête (max.) est de 7V, alors la tension inverse de crête que doit supporter a diode est de 14V.
Lors du redressement mono alternance, la diode laisse passer l'alternance positive mais pas l'alternance négative. On obtient un courant de sens positif mais, qui est nul pendant la moitié d'une période.
Figure 7 Redressement
3-Condensateur :
Le condensateur est formé de deus surfaces conductrices rapprochées mais séparées par un isola (diélectrique). Lorsque ce dispositif est soumis à une différence de potentiel, des charges de signes différents vont s'accumuler sur les deux surfaces en présence, sans pouvoir circuler entre les deus plaques.
Figure 8 Le condensateur dans le circuit électrique
Le condensateur est caractérisé par sa capacité C (unité le Farad). On utilise, dans la pratique, le milli-Farad (mF), e microfarad (µF), le nF, pF. Le courant i circulant dans un condensateur est régi par une équation différentielle, ou V est la tension à ses bornes (V), C la capacité (F) et t le temps (s).
Figure 9 Le condensateur dans le schéma de l’alimentation : lissage
Dans le circuit de l'alimentation, le condensateur se charge, lorsque la diode est passante, et il se décharge dans la résistance lorsque la diode est bloquée. Le récepteur R voit alors à ses bornes une tension qui oscille entre une valeur maximale et une valeur non-nulle. La tension a été filtrée, c'est-à-dire, les transitions raides ont été lissées.
Améliorations du redressement:
Double-alternance:
Le montage suivant décrit comment améliorer le rendement d’un redressement en récupérant l’alternance négative de la sinusoïde, c’est le redressement double alternance:
Figure 10 Le redressement à double - alternance
Alimentation stabilisée par régulateur:
Pour éliminer les ondulations de la tension fournie par un redressement double alternance filtré et pour stabiliser la tension à une valeur donnée, on insère dans le circuit un circuit intégré régulateur. Par exemple, dans le montage suivant, on utilise un 7812 : régulateur 12V ou utilise 7805 : régulateur 5v.
Figure 11 Schéma de l'alimentation stabilisée par régulateur