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Que la Forge soit avec toi !..
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00:05D'autres vidéos sont disponibles.
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00:11Lien accessible à l'endroit habituel.
00:14Que la forge soit avec toi.
00:30Mais respect à tout le monde, bienvenue dans la forge du quantum.
00:34Aujourd'hui, atelier VOL numéro 6, générateur et moteur réel.
00:39Et on commence sans plus attendre par définir ce qu'est un générateur, sans lequel n'importe quel circuit reste
00:45inactif.
00:46C'est parti.
00:48Le générateur est un dipôle actif qui peut produire l'énergie électrique.
00:52Il dispose de plusieurs symboles pour le représenter, en fonction de sa nature.
00:57On va les passer en revue maintenant.
01:00Celui-là représente le générateur de courant continu.
01:03C'est le symbole le plus utilisé dans les circuits électriques vus au collège et au lycée.
01:08Next.
01:09Celui-ci représente le générateur de courant alternatif.
01:12La petite vague sous le G majuscule le signal, c'est aussi un symbole largement utilisé dans les circuits électriques.
01:19Next.
01:20Ce symbole est celui du générateur idéal de tension.
01:24Caractéristique par ce diamètre horizontal qui coupe le cercle en deux,
01:27et qui représente la constance de voltage délivré.
01:30Next.
01:32Celui-ci représente le générateur idéal de courant.
01:35Caractéristique par ce diamètre vertical qui coupe le cercle en deux,
01:38et qui représente à la fois la lettre, I, du mot, intensité,
01:42mais aussi la constance de l'ampérage délivré.
01:45Next.
01:47Celui-là représente la pile ou la batterie, faisant partie des générateurs électrochimiques,
01:51abordés en classe de terminale avec les piles de Dagnès.
01:55Paragraphe suivant, c'est quoi un générateur de tension réel,
01:58celui qu'on trouve sur toutes les paillasses de laboratoire de physique.
02:02C'est parti.
02:04Il peut être modélisé par l'association en série d'un générateur idéal de tension,
02:08fournissant une force électromotrice, notée grand E, à ses bornes,
02:12et d'une résistance, appelée résistance interne,
02:16généralement très petite, parfois même négligeable devant les résistances du circuit,
02:20sauf si le générateur est de mauvaise qualité,
02:23ou s'il s'agit d'une pile déjà assez usée,
02:25et cette résistance interne sera notée petit R.
02:28Cette association est appelée modèle de Thévenin,
02:31et voici son schéma technique.
02:33La force électromotrice, F et M, notée grand E, exprimée en volts,
02:38est la tension à vide, ou tension maximale délivrée par le générateur
02:42quand il n'est pas connecté au circuit électrique.
02:45La résistance interne est une caractéristique du générateur,
02:49due en gros à la taille de la source de tension,
02:51la quantité et la durée de son utilisation,
02:53ou l'ampleur et le sens du courant qui le traverse.
02:57En appliquant les conventions générateurs et récepteurs,
03:00comme indiquées en couleur sur le schéma qui vient d'apparaître,
03:03ainsi que les lois des mailles et d'Ohm,
03:04la tension réelle délivrée par le générateur sera déterminée par la formule suivante,
03:09U égale à grand E, moins petit R fois I.
03:12À apprendre par cœur, bien évidemment.
03:15En traçant la fonction U égale à F de I dans un repère orthonormé,
03:19la droite obtenue sera la suivante.
03:21Fonction décroissante, avec deux points importants,
03:24le premier sur l'axe des ordonnées,
03:26qui donne la valeur de la force électromotrice,
03:28le second sur l'axe des abscisses,
03:30qui indique la valeur de l'intensité de court-circuit.
03:33À ce propos, le courant de court-circuit,
03:36ou intensité de court-circuit, noté ICC,
03:39est le courant qui le traverserait
03:40si ses bornes étaient reliées par un conducteur parfait de résistance nulle.
03:44Le courant de court-circuit d'un générateur de tension parfait est infini,
03:48puisque la résistance est nulle,
03:50contrairement à celui d'un générateur réel
03:52qui se détermine en résolvant l'équation U égale à zéro,
03:55ce qui entraîne que ICC égale à grand E sur petit R.
03:59À apprendre par cœur, bien évidemment.
04:01La connaissance du courant de court-circuit est très importante
04:04pour le dimensionnement des organes de sécurité.
04:07La connaissance de la valeur du courant de court-circuit
04:10à tous les endroits d'une installation
04:11où l'on veut placer un dispositif de protection,
04:14fusible, ou disjoncteur, chargé de l'interrompre,
04:17permet de s'assurer que le pouvoir de coupure du fusible ou du disjoncteur
04:21est bien supérieur au courant de court-circuit à cet endroit.
04:24L'incapacité d'un fusible ou d'un disjoncteur d'interrompre un courant de court-circuit
04:28peut produire des résultats catastrophiques,
04:30par exemple, un incendie électrique sur tous les matériaux non réfractaires
04:34en contact avec le court-circuit,
04:36ou la mort d'un opérateur ou d'une opératrice travaillant sur la ligne.
04:40Et quand tu vois ce qu'une simple pile de 4,5 volts peut faire
04:44sur de la paille de fer qui la court-circuit,
04:46je te laisse imaginer l'étendue des dégâts
04:48avec une tension bien plus grande.
04:50Bien entendu, ce que je te montre ici n'est en aucun cas à reproduire chez toi.
04:55On ne joue pas avec l'électricité, même avec des piles.
04:59Un incendie est si vite arrivé,
05:01et il peut se propager dans des proportions d'espace
05:03et de temps tels qu'il en deviendrait criminel.
05:06Donc, niaite.
05:08Paragraphe suivant, c'est quoi un générateur de courant réel,
05:11celui qu'on trouve sur toutes les paillasses de laboratoire de physique ?
05:15C'est parti !
05:16Il peut être modélisé par l'association en dérivation d'un générateur idéal de courant,
05:21fournissant une intensité maxima, notée I0,
05:24à ses bornes, et d'une résistance, appelée résistance interne,
05:28généralement très petite, parfois même négligeable devant les résistances du circuit,
05:33sauf si le générateur est de mauvaise qualité,
05:35ou s'il s'agit d'une pile déjà assez usée,
05:37cette résistance interne étant notée petit r'.
05:41Cette association est appelée modèle de Norton,
05:44et voici son schéma technique.
05:46En appliquant la loi des nœuds,
05:48I égale à I0 moins IG,
05:49donc IG égale à I0 moins I.
05:52En appliquant la loi d'Ohm,
05:54U égale à petit r prime fois IG,
05:56donc U égale à petit r prime fois I0,
05:58moins petit r prime fois I.
06:01Factorisation, réorganisation,
06:02I sera égale à I0 moins U sur petit r prime.
06:06À apprendre par cœur, bien évidemment.
06:09Paragraphe suivant,
06:10qui concerne l'association de générateurs en série,
06:13hors programme dans l'enseignement général,
06:15mais pas en technologique ou professionnel.
06:18C'est parti.
06:20Voici un circuit au loop cartoonesque,
06:22que tu pourras reproduire si tu cliques sur le lien dans la description.
06:25À son sommet, j'ai associé trois batteries en série.
06:29Par définition, la tension totale, ou équivalente,
06:33sera égale à la somme des tensions de chaque générateur.
06:3612, plus 10, plus 8, égale à 30,
06:39valeur conforme à celle indiquée par le voltmètre,
06:42grosse flèche marron.
06:43Et si la polarité d'une pile est inversée ?
06:46Même circuit, batterie identique,
06:49sauf que celle de 8 volts a été retournée, flèche rouge.
06:52De ce fait, sa tension devra être considérée comme négative,
06:56car opposée aux deux autres,
06:58ce qui entraîne que UT sera égal à 12, plus 10, moins 8,
07:02soit 14 volts,
07:03valeur conforme à celle indiquée par le voltmètre,
07:06grosse flèche marron.
07:07Simple et logique, n'est-il pas ?
07:10Paragraphe suivant,
07:11qui concède l'association de générateurs en dérivation,
07:14aussi hors programme dans l'enseignement général,
07:16mais pas en technologique ou professionnel.
07:19C'est parti.
07:21Voici un circuit au loop cartoonesque,
07:23que tu pourras reproduire si tu cliques sur le lien dans la description.
07:26A sa gauche, j'ai associé trois batteries en dérivation,
07:30de même tension.
07:31J'entoure envers les ampères-mètres couplés à ces piles.
07:35Par définition, l'intensité totale, ou équivalente,
07:38sera égale à la somme des intensités délivrées par chaque générateur.
07:430,04 x 3, égale à 0,12 ampères,
07:47valeur conforme à celle indiquée par l'ampère-mètre générat,
07:50grosse flèche marron.
07:51La tension de chaque générateur est de 12 volts,
07:54qui correspond à celle du circuit,
07:56ce qui est électriquement logique, loi des mailles.
07:59Maintenant, que se passerait-il si un des générateurs
08:01n'avait pas la même tension que les autres ?
08:04Une image vaut mille mots, ça sent le roussi.
08:07Pourtant, la valeur de la tension n'est pas si éloignée que ça des deux autres,
08:11et l'interrupteur du circuit situé à son sommet est ouvert,
08:14c'est dire qu'il ne faut jamais faire ça.
08:16Et si j'inverse juste la polarité d'un générateur,
08:19en prenant soin que leurs tensions soient identiques ?
08:22Même constat que précédemment, c'est excessivement dangereux.
08:26Donc à ne pas reproduire dans la vraie vie.
08:29Paragraphe suivant, la résistance interne d'une batterie,
08:31ou d'une pile, qui va expliquer son vieillissement.
08:35C'est parti.
08:36Pour une batterie, plus la résistance interne s'élève,
08:39moins elle aura de facilité à fournir un courant de décharge.
08:43Je vais illustrer le propos.
08:45Imagine que l'énergie est une ressource liquide stockée dans une batterie,
08:49munie d'un robinet.
08:50Quelle que soit sa charge, neuve,
08:52elle délivrera son plein potentiel en intensité.
08:56Seulement, avec le temps, le robinet s'encrasse,
08:59accroissant la résistance,
09:00entraînant par le fait une diminution du débit de courant,
09:03même si sa charge est pleine.
09:05Il sera alors temps de la remplacer du fait de son vieillissement.
09:09Pourtant à vide, elle peut très bien afficher une tension conforme,
09:13vu que le problème ne vient pas de sa capacité de charge,
09:16mais de celle du débit de délivrance de son courant.
09:19Paragraphe suivant, on passe enfin au moteur réel,
09:22et il va y avoir beaucoup de choses à dire,
09:24même si je ne vais te montrer que le moteur a courant continu.
09:27C'est parti !
09:28Le moteur est un dipôle passif.
09:31Il transforme l'énergie électrique reçue en énergie mécanique.
09:36Il est symbolisé ainsi, un rond avec la lettre grand M au centre,
09:39et ses deux pôles diamétralement opposés.
09:42Il existe d'autres symboles, que je t'affiche à droite sur ton écran,
09:46et qui correspondent à un type bien particulier de moteur électrique,
09:49en courant continu seulement.
09:51Pourtant, un moteur ne peut pas être idéal au vu des parties qui le composent.
09:56Cette machine à courant continu est constituée d'un stator créant un flux magnétique fixe,
10:00composé soit d'enroulements statoriques, bobinages, ou d'aimants permanents,
10:04ce stator étant appelé aussi « inducteur »,
10:07et d'un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif qui permet une liaison électrique avec le rotor,
10:13appelé aussi « induit ».
10:14Le collecteur inverse la polarité de chaque enroulement rotorique,
10:18au moins une fois par tour, de façon à faire circuler un flux magnétique interagissant avec le flux statorique.
10:24Et comment ce moteur tourne ?
10:27Voici une explication pendant la rotation de l'animation.
10:30Un moteur électrique est composé de deux circuits magnétiques,
10:33le stator, partie fixe, et le rotor, partie mobile.
10:37Le stator est constitué d'un aimant permanent qui engendre un champ magnétique,
10:41le gros bloc estampillé grand T, et grand S.
10:45Le rotor, ou « induit », est alimenté par un courant continu et tourne en relais mâchoire du stator.
10:51Soumis aux forces de la place, flèche verticale sur la spire en rotation,
10:55le rotor tourne et le couple du moteur est généré.
10:58Pour maintenir cette rotation continue, le sens du courant électrique doit être inversé périodiquement.
11:04C'est là qu'interviennent le collecteur et les charbons, appelés aussi brosses, ou balais,
11:09qui permettent de changer la polarité des contacts électriques
11:11de façon à faire circuler un flux magnétique interagissant avec le flux statorique.
11:16Ce type de moteur électrique permet une réalisation économique de nombreux moteurs,
11:21en général de faible puissance pour des utilisations dans le milieu automobile,
11:25audiovisuel, robotique, des jouets, etc.
11:28Paragraphe suivant, quid de la résistance interne d'un moteur ?
11:33Pourquoi ? Comment ? Où ?
11:37C'est parti !
11:38La présence des bobinages, dans le rotor et ou le stator, en cuivre,
11:43comme tu peux le constater sur ce stator, et sur ce rotor,
11:46la résistivité du cuivre étant égale à 0,0724 mm² par mètre,
11:52des frottements sur le collecteur par les charbons,
11:54qui permettent l'alimentation du moteur, et de l'inertie du rotor,
11:58impliquent une résistance interne de quelques millioves,
12:00à une dizaine d'ohms pour les plus gros moteurs.
12:03Cette résistance sera toujours présente dans tous les moteurs,
12:06même les plus performants, et l'expliquent leur échauffement lors de leur utilisation.
12:11Perte thermique par effet joule.
12:13Paragraphe suivant, comment calculer la tension réelle d'un moteur en fonctionnement ?
12:18C'est parti !
12:19Voici le schéma de ce moteur, conventionnellement câblé,
12:23avec IM intensité traversant le moteur, et induit la résistance interne.
12:27En appliquant la convention récepteur, ainsi que les lois des mailles et d'ohms,
12:31la tension réelle aux bornes du moteur réel sera la suivante.
12:35UM égale à E', plus R induit fois IM.
12:39E' est la force contre-électromotrice, abrégée en FC et M,
12:43parfois même abrégée en F et M, force électromotrice,
12:47tension minimale à fournir pour que le moteur tourne.
12:50Bien entendu, cette formule entourée en rouge est à apprendre par cœur.
12:55Paragraphe suivant, moteur ou dynamo,
12:57deux états superposés comme en mécanique quantique.
12:59C'est parti !
13:02Ce moteur électrique est réversible.
13:04On lui fournit du courant, il tourne.
13:07On le fait tourner, il produit du courant,
13:09et devient une génératrice, ou une dynamo.
13:12Et qu'est-ce qu'il se passerait si on branchait deux moteurs identiques ensemble ?
13:17Voici le schéma du montage.
13:19A gauche, le moteur en mode générateur,
13:22à droite, celui en mode consommateur.
13:24Les deux sont munis d'une manivelle.
13:27En tournant celle à gauche,
13:29l'énergie mécanique sera transformée en énergie électrique,
13:32qui empruntera les câbles bleus et rouges
13:33pour subir une seconde transformation en énergie mécanique,
13:37et faire tourner la manivelle du moteur de droite.
13:40En faisant 10 tours de manivelle à gauche,
13:42celle de droite fera en recettes et 8 tours,
13:44ceci s'explique par les pertes par effet jou,
13:47des pertes thermiques,
13:48inhérentes par la présence de résistance interne dans chaque moteur.
13:52Tu ne me crois pas ?
13:54Voici la vidéo, réalisée sans trucage ni intelligence artificielle,
13:58qui te montre en mouvement ce que je viens de te décrire.
14:01La manivelle de gauche tourne,
14:03faisant tourner celle de droite moins vite.
14:17Si on tourne celle de droite,
14:19dans le même sens que précédemment,
14:21mais aussi dans l'autre sens,
14:22la manivelle de gauche tourne,
14:24et dans l'autre sens aussi.
14:26Magique ?
14:27Non, électrique.
14:29Je t'invite à reproduire cette expérience
14:32si tu as deux moteurs électriques à disposition,
14:34comme un moteur de voiture radiocommandé,
14:36ou celui d'un rasoir ou épilateur électrique.
14:39Dernier paragraphe, très important,
14:42qui va traiter des unités les variables techniques
14:44vues dans les formules entourées en rouge dans ce cours.
14:47C'est parti !
14:49Toute tension devra être exprimée en volts,
14:51de lettres grand V.
14:52Toute intensité devra être exprimée en ampères,
14:55de lettres grand A.
14:57Toute résistance devra être exprimée en ohm,
14:59de lettres oméga.
15:01Si tu as des néga volts,
15:02des milliampères ou des kilo ohm,
15:04une conversion sera obligatoire,
15:06et voici un tableau qui te permettra de ne pas te tromper,
15:09que je te conseille d'apprendre par cœur,
15:11surtout la portion encadrée en violet.
15:13Qui en va de la justesse et de la cohérence de ton résultat ?
15:17L'atelier est désormais terminé.
15:20Tu as des questions ?
15:21Tu veux un complément d'informations ?
15:24Rejoins-moi dans l'espace commentaire.
15:27Le cours complet en PDF,
15:29librement téléchargeable,
15:30est disponible dans la description de cette vidéo.
15:33Aucun exercice pour ce cours,
15:35mais je te conseille de le visionner encore et encore,
15:38afin de saisir chaque nuance des notions contenues.
15:41Prochaine vidéo sur l'enclum.
15:43Que la forge soit avec toi.
15:45Stay tuned.
15:47Tchuss.
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