Courant alternatif

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


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Courant électrique - Grandeur physique - Métrologie - Théorie électrique - Génie énergétique

Définitions :

  • courant dont l'intensité sera alternativement positive et négative pendant une période. La fréquence des périodes est mesurée en Hertz. Généralement en Europe : 50 Hz, soit 50 oscillations en 1 seconde.... (source : ubbinksolaire)
  • le sens du courant s'inverse une grande variété de fois par seconde d'un pôle à un autre (les électrons vont dans un sens et dans l'autre). Le nombre de cycles par seconde est la fréquence qui se mesure en hertz (hz). La fréquence du courant ménager classique de 230 volts (ex-220 volts) est de 50 hertz. (source : batirenover)
  • Courant qui passe de zéro à un maximum positif, puis de nouveau à zéro ainsi qu'à un maximum négatif avant de revenir à zéro, un certain nombre de fois par seconde, ce nombre étant le nombre de cycles par secondes ou hertz (Hz). (source : powereflex)

Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current en anglais, étant cependant fréquemment utilisé) 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 (Hz). C'est le nombre d'«allers-retours» qu'effectue le courant électrique en une seconde. Un courant alternatif périodique de 50 Hz effectue 50 «allers-retours» par seconde, c'est-à-dire qu'il change 100 fois (50 allers et 50 retours) de sens par seconde.

La forme la plus utilisée de courant alternatif est le courant sinusoïdal, principalement pour la distribution commerciale de l'énergie électrique.

La fréquence du courant électrique distribué par les réseaux aux particuliers est le plus souvent de 50 Hz en Europe, 60 Hz en Amérique du Nord.

On doit distinguer :

Historique

Article détaillé : Histoire de l'électricité.

Aux États-Unis, le physicien Nikola Tesla en 1882 conçoit l'alternateur triphasé. Parallèlement, en France, Lucien Gaulard invente le transformateur. Ces deux inventions permettent de surmonter les limitations imposées par l'utilisation du courant continu pour la distribution de l'électricité alors préconisée par Thomas Edison qui avait déposé de nombreux brevets en rapport avec cette technologie (et possédait des réseaux de distribution de courant continu).

Les avantages apportés par le transport et la distribution de l'énergie électrique par courants alternatifs sont indéniables. L'industriel Westinghouse, détenteur des brevets, finit par l'imposer aux États-Unis.

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 :

Les courants alternatifs sinusoïdaux

Exemple de signaux sinusoïdaux

Un courant alternatif sinusoïdal est un signal sinusoïdal 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 par conséquent une valeur moyenne égale à zéro.

D'un point de vue mathématique

Le courant a par conséquent une équation du type : i(t) = A . \sin(\frac{2 \pi . t}{T} + \varphi), ou i(t) = A . \sin(2 \pi  . t + \varphi), puisque f = \frac{1}{T}, avec A \, l'amplitude du signal, T \, la période du signal exprimée en secondes, et \varphi \, le déphasage, ou phase à l'origine, exprimé 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 par conséquent à notre 2.\pið\, ou \frac{2.\pi}{T}.

De façon stricte, un courant alternatif sinusoïdal est tout autant de temps (T/2) positif que négatif, ce qui implique que sa composante continue soit nulle. La sinusoïde oscillera par conséquent de façon équilibrée autour de 0, impliquant une valeur moyenne (mathématiquement) nulle, et une valeur efficace (électriquement) de \frac{A}{\sqrt{2}}.

On dit de ces deux signaux qu'ils sont semblables mais déphasés de π. Entre leurs deux équations, il y a par conséquent uniquement le déphasage (ou phase à l'origine) qui change.

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 degrés) correspond à un décalage d'un demi-tour sur le cercle trigonométrique. On associe par conséquent à un signal, la valeur opposée de l'autre, car sin (x + z. π) = − sin (x) . Lorsque le signal bleu est au maximum, le rouge est au minimum, etc. On remarque par conséquent que les deux signaux sont opposés, c'est-à-dire symétriques par l'axe des abscisses.

Les dispositifs de phase

Monophasé

Le courant monophasé est le plus utilisé. Il utilise deux câbles : la phase et le neutre (généralement relié à la terre au dernier transformateur, comme le neutre du courant triphasé).

Biphasé

Le dispositif biphasé est un ancien dispositif de distribution de l'énergie en France. Il n'utilise que deux des trois phases (triphasé) produites et non le neutre contrairement au monophasé et quelquefois on peut trouver un troisième conducteur la terre. Ce dispositif est toujours utilisé, mais il devient de plus en plus rare.

Triphasé

Seuls les alternateurs polyphasés sont susceptibles d'apporter une puissance élevée. C'est le courant triphasé qui est utilisé pour la fabrication industrielle de l'électricité. L'alimentation électrique triphasée utilise quatre câbles, un 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) comparé aux deux autres câbles. Le neutre est le plus souvent relié à la terre au départ, il n'est par conséquent pas un câble de transport, à l'arrivée il est simplement recréé par un couplage en étoile 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 lieux où cela est indispensable.

Le courant de phase J est le courant traversant une phase d'un récepteur.

Le courant de ligne I est le courant traversant une ligne.

A, B et C sont le nom des trois lignes. N est le neutre dans le cas d'un raccordement étoile. Dans le cas d'un raccordement triangle, il n'y a pas de neutre.

Si le récepteur est raccordé en étoile (appelé aussi Y), IA = JAN.

Si le récepteur est raccordé en triangle (appelé aussi Δ), I_A=\sqrt{3}J_{AB}eˆ{(-j\frac{\pi}{6})}.

Autres dispositifs

Le XIXe siècle et le début du XXe siècle ont été particulièrement prolifiques en types de courants alternatifs. On peut citer :

Voir aussi

Les systèmes de fréquences ont aussi été variés. En France, on peut citer le 25 Hz dans le Sud-Ouest et le 42 5 Hz dans la région de Nice.


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"Un courant alternatif est un"

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