L'alimentation électrique
Une alimentatiopn électrique est une source d'énergie capable de maintenir en permanence une différence de potentiel entre ses deux bornes (dans le cas d'une source d'alimentation monophasée) ou plusieurs extrémités (dans le cas par exemple d'une source d'énergie triphasée). Ainsi, nous retrouvons cette énergie électrique sous différentes formes telles que:
- formes régulières comme le signal alternatif, continu, triangulaire, carrée, ...
- ou autres : multipolaire, multitensions, impulsionnelle, ...
L'unité de mesure de cette différence de potentiel est le Volt
Les différentes sources d'alimentations électriques
En électricité, il existe plusieurs types de sources d'électricité que nous pouvons classer comme suit :
- Les sources d'énergie verte, tels que les éoliennes (photo ci-dessous par Zbynek Burival sur Unsplash) et les panneaux solaires, permettent de nous alimenter avec une capacité variable en fonction de leur dimension et la taille du parc.
- les générateurs électrostatiques: qui permettent de nous alimenter avec quelques centaines de kilovolts (kV) tels que les panneaux solaires photovoltaïques, la machine de Van de Graaff, etc.
- les alternateurs et les dynamos : qui permettent de nous alimenter de quelques volts à quelques centaines de kilovolts.
- les accumulateurs et les piles : ces sources d'énergie mobiles nous permettent de nous alimenter de quelques millivolts à quelques dizaines de volts. Ci-dessous un exemple de pile électrique, appelé aussi accumulateur (photo par Mika Baumeister sur Unsplash)
La source de courant continu
Une source de courant est dite continue si la différence de potentiel entre ses deux bornes (+) et (-) reste constante et invariante dans le temps. Les piles et les accumulateurs sont de bonnes sources d'électricité continue. Généralement, les valeurs les plus courantes des batteries sont de 1.5V, 4.5V, 9V et 12V. Les accumulateurs disposent d'une plus grande force entre les deux bornes et fournissent une différence de potentiels plus importante que les batteries de petite taille.
Le sens conventionnel du courant I, celui qui circule dans la partie extérieure de la source de courant, circule du pôle (+) vers le pôle (-)
Les deux flèches en couleur rouge, représentées dans le schéma ci-dessous, indiquent le sens de circulation conventionnel du courant électrique ; soit du pôle (+) au pôle (-) de la batterie 12 V. Dans ce circuit, tous les élements sont montés en série. Le même courant i traverse donc tous les éléments de ce circuit. Il traverse également le filament de la lampe jusqu'à l'incandescence (effet calorifique).
Associations de plusieurs sources d'alimentations
Dans certains cas, nous sommes contraints d'associer deux ou plusieurs sources d'énergie ; par exemple des piles de même type. Par exemple, dans votre jouet téléguidé, vous alimentez votre commande de votre petite voiture, votre jouet ou votre robot, 2, 3 ou 4 piles de type AAA ou de type AA en fonction de la taille et l'énergie électrique demandée. Plus simplement, cela dépend de la valeur de la différence de potentiel, appelée aussi la tension électrique, ou d'intensité requise pour faire fonctionner votre système.
Et d'une manière plus simple, il existe deux modes d'associations : soit en série, soit en parallèle.
Association en série
Pour obtenir une valeur de tension plus élevée à partir de plusieurs sources d'alimentation électrique à valeur fixe, un montage en série nous permet d'obtenir ce résultat. Prenons le cas d'exemple des piles de notre jouet téléguidé, les piles sont disposées en série de sorte qu'on relie le pôle + d’une pile au pôle − de la suivante. Le montage ci-dessous nous présente cela :
Avec \( V_{1} \), \( V_{2} \), ... , \( V_{n} \) les valeurs de la tension de chaque source d'alimentation de notre montage en série.
La tension totale de notre montage en série est ainsi donnée : \[ V_{tot} = V_{1} + V_{2} + ... + V_{n} \]
Pour ce qui concerne le courant \( I_{tot} \) qui circule dans ce circuit, le circuit impose un seul courant commun. Ce qui nous confirme que la valeur du courant qui traverse l'ensemble des batteries est unique :
\[ I_{tot} = I_{1} = I_{2} = ... = I_{n} \]
Donc la batterie ayant la plus faible intensité, qui présente une résistance interne plus élevée, va limiter ainsi le courant qui traverse l'ensemble de nos sources d'alimentation.
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Association en parallèle
Contrairement au premier montage, les différentes sources d'alimentation sont disposées cette fois-ci, en parallèle. Soit toutes les bornes (+) sont connectées ensemble et toutes les bornes (-) sont connectées ensemble. Il est à noter qu'on ne met jamais des sources d'alimentation en parallèles ayant des valeurs de tension \( V_{i} \) différentes (soit donc toutes les sources ont la même valeurs \( V_{i} \) ). Le montage ci-dessous nous présente cela :
Avec \( V_{1} \), \( V_{2} \), ... , \( V_{n} \) les valeurs de la tension de chaque source d'alimentation de notre montage en parallèle. Ce qui nous donne : \[ V_{tot} = V_{1} = V_{2} = ... = V_{n} \] puisque toutes les valeurs \( V_{i} \) sont identiques.
Pourquoi on ne connecte pas plusieurs sources à valeurs différentes \( V_{i} \) dans un montage en parallèle ? Si vous connectez plusieurs sources ne disposant pas de la même valeur \( V_{i} \), le montage sera donc déséquilibré et la source ayant la valeur la plus élevée alimentera les autres. Donc, il est déconseillé voir dangereux de connecter plusieurs sources d'alimentation ayant des valeurs \( V_{i} \) différentes ! Pour vous expliquer cela plus simplement, si nous mettons 2 batteries en parallèle avec \( V_{1} \lt V_{2} \) , la batterie \( V_{2} \) sera comme une source d'énergie qui chargera la batterie \( V_{1} \).
Et pour le courant totale fourni par notre montage \( I_{tot} \), nous pouvons appliquer la loi des noeux telle que :
\[ I_{tot} = I_{1} + I_{2} + ... + I_{n} \]
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