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Technique - Générateurs


 

Jusqu'à présent nous avons considéré le générateur comme une boîte noire nous fournissant tension et courant à la demande. Hélas, rien n'est parfait dans ce bas monde et nos générateurs ont des limitations que nous allons passer en revue.


ll existe différents types de sources :

  • Source de tension




  • Source de courant

Cette source fournit une tension indépendante de la résistance de charge ( càd du courant qu'on lui demande). Elle possède une résistance interne très faible. (ex: batterie de voiture)


Cette source fournit un courant indépendant de la résistance de charge.
Elle possède une résistance interne très élevée. (ex : transistor)


Chaque source possède une résistance interne


Ce sera souvent un facteur de limitation des performances.


Comment cela se traduit-il pour les sources de
tension :

 


 

Dans l'exemple ci-dessous, la source est parfaite, on pourrait faire varier la charge dans de grandes proportions sans  noter de variation de la tension fournie. Le monde réel :
Notre source possède une résistance interne, très faible, certes, mais présente.

gene1.gif (1975 octets)

gene2.gif (1749 octets)

En quoi cela peut-il être gênant ?
Vous devez vous souvenir de la loi d'Ohm qui dit que U= RI.
Dans ce circuit de droite, ci-dessus, le courant sera identique en chaque point, nous sommes bien d'accord?
Ceci implique que la résistance interne à la source sera également traversée par le courant I du circuit et que selon cette bonne vieille loi, il se produira aux bornes de cette résistance interne une chute de tension.
Toujours d'accord ?
Cette chute de tension viendra se soustraire à la tension  fournie par la source, donc la charge ne verra plus que U à vide (sans débit) - Ri x I. Phénomène encore plus pernicieux, quand le débit augmentera suite à une diminution de la valeur de la charge, la chute de tension augmentera, réduisant encore plus la tension disponible pour la charge.
Voyons cela avec un exemple pratique.
Nous avons une batterie de 12 V de tension à vide qui possède une résistance interne de 0,1 W. Ceci vous paraît raisonnable, voire faible, attendez la suite.

On connecte sur cette batterie une charge constituée par une résistance de 1
W

gene3.gif (1592 octets)

gene4.gif (2083 octets)

Nous nous proposons de calculer le courant qui circule dans ce circuit et la tension aux bornes de R, la charge

1 - Calculons la résistance globale
Rt = ri + R   =    0,1 + 1  =  1,1
W

2 - calculons I
       U                  12
I= ------    =     -------   =  10,91 A
       Rt                 1,1

3 - Calculons la tension aux bornes de R

U =  R I       UR = 1 x 10,91 =  10,91 V
Quelles conclusions pouvons nous en tirer ?
La chute de tension aux bornes de ri prive la charge (R) de cette tension.

Plus ri est grand, plus la chute de tension est importante

La résistance interne limite de débit maximum à une valeur appelée Courant de court-circuit.

Et une notion qui sera approfondie plus tard car vitale dans le monde de la radioélectricité :
Pour obtenir un transfert de puissance maximum (UI) ceci nous imposerait de connecter une charge de résistance égale à la résistance du générateur.
Courant de court-circuit (CC)

Dans notre cas, supprimons la charge et ne laissons que la résistance interne ri.
    
                         U                 12
Calculons I   =  ------     I =  ----- =  120 A
                         R                 0,1
Ceci est le courant maximum qui pourra être fourni par ce générateur

Introduisons une notion effleurée précédemment :

En termes mathématiques :

Nous pourrons définir pour un générateur, une tension à vide, càd le générateur ne débitant pas et une tension en charge, càd générateur débitant dans une charge.

Ucharge = E - (r I)

Notez que nous écrirons pour la résistance interne du générateur "r" de manière à la distinguer de la résistance de charge

Notez également que nous venons d'introduire une nouvelle notion qui est la force électromotrice. Remarquez comme elle porte bien son nom, car il s'agit bien d'une force électrique qui font se mouvoir (motrice) les électrons. On parlera de fem à vide et de tension en charge
U charge en V
E: fem = force électromotrice
r = résistance interne en
W
I = courant débité par le générateur en A


Et pour conclure...

Il vous arrivera dans votre carrière d'être devant un montage alimenté par piles et qui ne fonctionne plus. Comme vous êtes méthodique, vous allez commencer par vérifier immédiatement l'état de vos piles avec un contrôleur universel en position voltmètre. La mesure vous indiquera une pile en bon état.
Là, vous êtes dubitatif...
Car vous êtes sur le point d'être victime d'une facétie de la résistance interne. En effet, à vide, sans débit, il n'y a pas de chute de tension, la tension est intacte, mais dès que vous allez demander un tant soit peu de débit à votre pile HS,  la tension va chuter aux bornes de la résistance interne qui augmente au fur et à mesure de l'usure. Moralité, testez en charge!