Alimentation AC basse tension : Composants de circuit de déphasage et meilleures pratiques

Pièces et Matériaux

• Alimentation AC basse tension
• Deux condensateurs 0,1 µF chacun, non polarisés (Radio Shack #272-135)
• Deux résistances 27 kΩ

Je recommande les condensateurs céramiques disque car ils sont insensibles à la polarité (non polarisés), peu coûteux et durables. Évitez les condensateurs avec tout marquage de polarité, car ils seront détruits sous tension AC !

Références Croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapitre 1 : « Théorie AC de base »

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapitre 4 : « Réactance et impédance — Capacitive »

Objectifs d'Apprentissage

• Comment les tensions AC hors phase ne s'additionnent pas algébriquement, mais selon l'arithmétique vectorielle (fasorielle)

Schéma Électrique

 

 

Illustration

 

 

Instructions

Construisez le circuit et mesurez les chutes de tension aux bornes de chaque composant avec un voltmètre AC. Mesurez la tension totale (d'alimentation) avec le même voltmètre. Vous découvrirez que les chutes de tension n'additionnent pas pour égaler la tension totale. Cela est dû aux déphasages dans le circuit : la tension aux bornes des condensateurs est hors phase avec celle aux bornes des résistances, et ainsi les valeurs de chute de tension ne s'additionnent pas comme on pourrait s'y attendre. En tenant compte de l'angle de phase, elles s'additionnent pour égaler la tension totale, mais un voltmètre ne fournit pas de mesures d'angle de phase, seulement l'amplitude.

Essayez de mesurer la chute de tension aux bornes des deux résistances à la fois. Cette chute de tension égalera la somme des chutes mesurées aux bornes de chaque résistance séparément. Cela vous indique que les formes d'onde de chute de tension des deux résistances sont en phase l'une avec l'autre puisqu'elles s'additionnent simplement et directement.

Mesurez la chute de tension aux bornes des deux condensateurs à la fois. Cette chute de tension, comme celle mesurée aux bornes des deux résistances, égalera la somme des chutes mesurées aux bornes de chaque condensateur séparément. De même, cela vous indique que les formes d'onde de chute de tension des deux condensateurs sont en phase l'une avec l'autre.

Étant donné que la fréquence de l'alimentation est de 60 Hz (fréquence secteur aux États-Unis), calculez les impédances de tous les composants et déterminez toutes les chutes de tension en utilisant la loi d'Ohm (E=IZ ; I=E/Z ; Z=E/I). Les magnitudes polaires des résultats devraient correspondre étroitement à vos lectures de voltmètre.

Simulation Informatique

 

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

 

Les deux résistances de grande valeur R_bogus1 et R_bogus2 sont connectées aux bornes des condensateurs pour fournir un chemin DC vers la masse afin que SPICE fonctionne. C'est un « correctif » pour l'une des particularités de SPICE, pour éviter qu'il ne voie les condensateurs comme des circuits ouverts dans son analyse. Ces deux résistances sont entièrement inutiles dans le circuit réel.

Netlist (créez un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

 déphasage
v1 1 0 ac 12 sin
r1 1 2 27k
r2 2 3 27k
c1 3 4 0.1u
c2 4 0 0.1u
rbogus1 3 4 1e9
rbogus2 4 0 1e9
.ac lin 1 60 60
* Tension aux bornes de chaque composant :
.print ac v(1,2) v(2,3) v(3,4) v(4,0)
* Tension aux bornes de paires de composants similaires
.print ac v(1,3) v(3,0)
.end

Fiche Connexe :

• Fiche de travail : Puissance AC
• Fiche de travail : Phase AC