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Courant alternatif

Le courant alternatif est un courant électrique qui change de sens.

Ce courant alternatif est dit périodique s'il change régulièrement et périodiquement de sens.

Un courant alternatif périodique est caractérisé par sa fréquence, mesurée en hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à...) (Hz). C'est le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d' " aller-retours " qu'effectue le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés...) en une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...). Un courant alternatif (Le courant alternatif est un courant électrique qui change de sens.) périodique de 50 Hz effectue 50 " aller-retours " par seconde, c'est-à-dire qu'il change 100 fois (50 allers et 50 retours) de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine....) par seconde.

La forme la plus utilisée de courant alternatif est le courant sinusoïdal, essentiellement pour la distribution commerciale de l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce...).

La fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) du courant électrique distribué par les réseaux aux particuliers est généralement de 50 Hz en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité...) et 60 Hz en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).

On doit distinguer :

  • Les courants purement alternatifs dont la valeur moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) (composante continue) est nulle, qui peuvent alimenter un transformateur sans danger.
  • Les courant alternatifs à composante continue non nulle qui ne peuvent en aucun cas alimenter un transformateur

Historique

voir Histoire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la...)

Aux États-Unis Nikola Tesla en 1882 conçoit l'alternateur triphasé (Le triphasé est un système de trois tensions sinusoïdales de même fréquence qui sont déphasées entre elles (de 120 ° ou ?π radians dans le cas idéal). Si la...). Parallèlement, en France, Lucien Gaulard invente le transformateur. Ces deux inventions permettent de surmonter les limitations imposées par l'utilisation du courant continu (Le courant continu (CC), par opposition au courant alternatif, est un courant électrique unidirectionnel : le courant circule à chaque instant dans le même...) pour la distribution de l'électricité alors préconisée par Thomas Edison qui avait déposé de nombreux brevets en rapport avec cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) (et possédait des réseaux de distribution de courant continu).

Les avantages apportés par le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des...) et la distribution de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) électrique par courants alternatifs sont indéniables. L'industriel Westinghouse, détenteur des brevets, finit par l'imposer aux USA.

Avantages

Contrairement au courant continu, le courant purement alternatif peut voir ses caractéristiques (tension/courant) modifiées par un transformateur à enroulements.
Dès qu'il existe une composante continue non négligeable, un transformateur est inutilisable.

Grâce au transformateur :

  • Le courant transporté par des lignes à haute tension (La tension est une force d'extension.) subit des pertes par effet Joule (L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique. Il se produit lors du passage d'un courant électrique dans tous matériaux conducteurs, à...) beaucoup plus faibles. En divisant simplement par 10 l'intensité du courant transporté, on divise par 100 les pertes dues à la résistance des câbles électriques, la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) dissipée dans une résistance étant proportionnelle au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré...) de l'intensité du courant. (P = RI²)
  • À puissance constante, on peut réduire fortement l'intensité d'un courant alternatif en augmentant sa tension.
  • On abaisse ensuite la tension afin de fournir une alimentation en basse tension (Les normes européennes définissent le domaine de la basse tension (abréviation BT) comme les tensions comprises entre :) près du lieu de distribution, afin de pouvoir l'utiliser à des fins domestiques (attention le danger est bien réel, même en basse tension).

Les courants alternatifs sinusoïdaux

Un courant alternatif sinusoïdal est un signal sinusoïdal (Un signal sinusoïdal est un signal (onde) dont l’amplitude, observée à un endroit précis, est une fonction sinusoïdale du temps.) de grandeur homogène à un courant (exprimé en ampères). De façon stricte, sa composante continue doit être nulle pour le qualifier d'alternatif, la sinusoïde aura donc une valeur moyenne de 0.

  • Explication d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mathématique

Il a donc une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des...) du type i(t) = A . \sin(\frac{2 \pi . t}{T} + \varphi) , ou i(t) = A . \sin(2 \pi . f . t + \varphi) , puisque f = \frac{1}{T}, avec A \, l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés...), T \, la période du signal exprimée en secondes. , et \varphi \, le déphasage, ou phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) à l'origine, exprimée en radians.

Généralement on résume cette équation à s(t) = A . \sin (\omega.t + \varphi), avec \omega \, la pulsation (exprimée en rad/s) qui correspond donc à notre 2.\pi.f \, ou \frac{2.\pi}{T}.

De façon stricte, un courant alternatif sinusoïdal est autant de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (T/2) positif que négatif, ce qui implique que sa composante continue soit nulle. La sinusoïde oscillera donc de façon équilibrée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de 0, impliquant une valeur moyenne (mathématiquement) nulle, et une valeur efficace (La valeur efficace (aussi dite RMS ou Root Mean Square) d’un courant ou d'une tension, variable au cours du temps, correspond à la valeur du courant continu ou de la tension continue...) (électriquement) de \frac{A}{\sqrt{2}}.

Voici un exemple de signaux sinusoïdaux.

Image:Sinus en opos phase.gif

On dit de ces deux signaux qu'ils sont identiques mais déphasés de π. Entre leurs deux équations, il y a donc seul le déphasage (ou phase à l'origine) qui diffère.

En réalité, l'important est que la différence des phases à l'origine vaut \varphi_{bleu} - \varphi_{rouge} = z \pi avec z \, un entier impair, puisqu'un tel déphasage (π radians correspondant à 180°) correspond à un décalage d'un demi-tour sur le cercle trigonométrique (Pour la définition de cercle unité vous pouvez consulter le dictionnaire cercle unité.). On associe donc à un signal, la valeur opposée de l'autre, car sin(x + z.π) = − sin(x). Quand le signal bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en...) est au maximum, le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) est au minimum, etc. On remarque donc que les deux signaux sont opposés, c’est-à-dire symétriques par l'axe des abscisses.

Monophasé

Ce courant est le plus utilisé. Il utilise deux cables : la phase et le neutre (généralement relié à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) au dernier transformateur, comme le neutre du courant triphasé).

Triphasé

Seuls les alternateurs polyphasés sont susceptibles de fournir une puissance élevée. C'est le triphasé qui est utilisé pour la fabrication industrielle de l'électricité. L’alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de l'électricité aux appareils fonctionnant avec cette énergie.) triphasée utilise trois câbles pour chacune des trois phases et un câble pour le neutre. Chacun des câbles est parcouru par un courant alternatif sinusoïdal déphasé de 2π/3 radians (120 degrés) par rapport aux deux autres câbles. Le neutre est généralement relié à la terre à l'origine, donc pas de câble de transport, il est simplement recréé par un couplage en étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la...) des enroulements triphasés secondaires du transformateur de distribution Basse Tension (230/400 volts). Ce neutre est de nouveau relié à une prise de terre aux endroits où cela est nécessaire.

Autres systèmes

Le XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut...) et le début du XXe siècle ont été très prolixes dans les types de courants alternatifs. On peut citer :

  • Système biphasé : monophasé avec un point milieu
  • Système quadriphasé (4 ou 5 fils) : phases à 90°
  • Système diphasé (3 fils) : système issu du quadriphasé avec décalage du neutre.

Les systèmes de fréquences ont aussi été variés. On peut citer le 25 Hz dans le Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) et le 42,5 Hz dans la région de Nice.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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