En savoir plus sur la « polarité » AC

Les nombres complexes sont utiles pour l'analyse des circuits CA, car ils fournissent une méthode pratique pour désigner symboliquement le déphasage entre des quantités CA telles que la tension et le courant.

Cependant, pour la plupart des gens, l'équivalence entre les vecteurs abstraits et les quantités réelles du circuit n'est pas facile à saisir. Plus tôt dans ce chapitre, nous avons vu comment les sources de tension alternative reçoivent des valeurs de tension sous forme complexe (grandeur et angle de phase), ainsi que des repères de polarité.

Étant donné que le courant alternatif n'a pas de « polarité » définie comme le courant continu, ces marques de polarité et leur relation avec l'angle de phase ont tendance à être déroutantes. Cette section est écrite dans le but de clarifier certains de ces problèmes.

La tension est intrinsèquement relative quantité. Lorsque nous mesurons une tension, nous avons le choix de la façon dont nous connectons un voltmètre ou un autre instrument de mesure de tension à la source de tension, car il y a deux points entre lesquels la tension existe, et deux cordons de test sur l'instrument avec lesquels faire la connexion.

Dans les circuits CC, nous désignons explicitement la polarité des sources de tension et des chutes de tension, à l'aide des symboles « + » et « - », et utilisons des fils de test de compteur à code couleur (rouge et noir). Si un voltmètre numérique indique une tension continue négative, nous savons que ses fils de test sont connectés "à l'envers" à la tension (fil rouge connecté au "-" et fil noir au "+").

Les batteries ont leur polarité désignée par symbologie intrinsèque :le côté court d'une batterie est toujours le côté négatif (-) et le côté long toujours le positif (+) :(Figure ci-dessous)

Polarité conventionnelle de la batterie.

Bien qu'il soit mathématiquement correct de représenter la tension d'une batterie sous la forme d'un chiffre négatif avec des marques de polarité inversée, ce serait décidément non conventionnel :(Figure ci-dessous)

Marquage de polarité résolument non conventionnel.

L'interprétation d'une telle notation pourrait être plus facile si les marques de polarité « + » et « - » étaient considérées comme des points de référence pour les fils de test de voltmètre, le « + » signifiant « rouge » et le « - » signifiant « noir ». Un voltmètre connecté à la batterie ci-dessus avec un fil rouge à la borne inférieure et un fil noir à la borne supérieure indiquerait en effet une tension négative (-6 volts).

En fait, cette forme de notation et d'interprétation n'est pas aussi inhabituelle qu'on pourrait le penser :elle est couramment rencontrée dans les problèmes d'analyse de réseau DC où les marques de polarité « + » et « - » sont initialement dessinées selon une supposition éclairée, puis interprétées comme correctes. ou « en arrière » selon le signe mathématique du chiffre calculé.

Dans les circuits alternatifs, cependant, nous ne traitons pas de quantités de tension «négatives». Au lieu de cela, nous décrivons dans quelle mesure une tension aide ou s'oppose à une autre par phase :le décalage temporel entre deux formes d'onde. Nous ne décrivons jamais une tension alternative comme étant de signe négatif, car la facilité de la notation polaire permet des vecteurs pointant dans une direction opposée.

Si une tension alternative s'oppose directement à une autre tension alternative, nous disons simplement que l'une est déphasée de 180o par rapport à l'autre.

Pourtant, la tension est relative entre deux points, et nous avons le choix de la manière dont nous pourrions connecter un instrument de mesure de tension entre ces deux points. Le signe mathématique de la lecture d'un voltmètre CC n'a de sens que dans le contexte de ses connexions de fils de test :quelle borne le fil rouge touche et quelle borne le fil noir touche.

De même, l'angle de phase d'une tension alternative n'a de sens que dans le contexte de savoir lequel des deux points est considéré comme le point de « référence ». De ce fait, les marques de polarité « + » et « - » sont souvent placées par les bornes d'une tension alternative dans les diagrammes schématiques pour donner un cadre de référence à l'angle de phase indiqué.

Lecture du voltmètre par connexion de fil de test

Passons en revue ces principes avec quelques aides graphiques. Premièrement, le principe de relier les connexions des cordons de test au signe mathématique d'une indication de voltmètre CC :(Figure ci-dessous)

Les couleurs des fils de test fournissent un cadre de référence pour interpréter le signe (+ ou -) de l'indication du compteur.

Le signe mathématique de l'affichage d'un voltmètre CC numérique n'a de sens que dans le contexte de ses connexions de fils de test. Envisagez l'utilisation d'un voltmètre CC pour déterminer si deux sources de tension CC s'aident ou s'opposent, en supposant que les deux sources ne sont pas étiquetées quant à leurs polarités.

Utilisation du voltmètre pour mesurer à travers la première source :(Figure ci-dessous)

(+) La lecture indique que le noir est (-), le rouge est (+).

Cette première mesure de +24 à travers la source de tension de gauche nous indique que le fil noir du compteur touche vraiment le côté négatif de la source de tension n ° 1, et le fil rouge du compteur touche vraiment le positif. Ainsi, nous savons que la source n°1 est une batterie orientée dans cette orientation :(Figure ci-dessous).

La source 24V est polarisée (-) à (+).

Mesure de l'autre source de tension inconnue :(Figure ci-dessous)

(-) La lecture indique que le noir est (+), le rouge est (-).

Cette deuxième lecture de voltmètre, cependant, est un négatif (-) 17 volts, ce qui nous indique que le fil de test noir touche en fait le côté positif de la source de tension n°2, tandis que le fil de test rouge touche en fait le négatif. Ainsi, nous savons que la source #2 est une batterie faisant face à l'ci-contre sens :(Figure ci-dessous)

La source 17V est polarisée (+) à (-)

Il devrait être évident pour tout étudiant expérimenté en électricité à courant continu que ces deux batteries s'opposent. Par définition, les tensions opposées soustrait l'un de l'autre, nous soustrayons donc 17 volts à 24 volts pour obtenir la tension totale entre les deux :7 volts.

Nous pourrions, cependant, dessiner les deux sources comme des cases indescriptibles, étiquetées avec les chiffres de tension exacts obtenus par le voltmètre, les marques de polarité indiquant le placement du fil de test du voltmètre :(Figure ci-dessous)

Lectures de voltmètre telles que lues à partir de compteurs.

Importance des marquages ​​de polarité

D'après ce schéma, les marques de polarité (qui indiquent le placement des cordons de test du compteur) indiquent les sources aides l'un l'autre. Par définition, aider les sources de tension ajouter les uns avec les autres pour former la tension totale, nous ajoutons donc 24 volts à -17 volts pour obtenir 7 volts :toujours la bonne réponse.

Si nous laissons les marques de polarité guider notre décision d'ajouter ou de soustraire des chiffres de tension, si ces marques de polarité représentent le vrai polarité ou simplement l'orientation du fil de test du compteur - et incluez les signes mathématiques de ces chiffres de tension dans nos calculs, le résultat sera toujours correct.

Encore une fois, les marques de polarité servent de cadres de référence pour placer les signes mathématiques des figures de tension dans le bon contexte.

Il en va de même pour les tensions alternatives, sauf que l'angle de phase remplace le signe mathématique . Afin de relier plusieurs tensions alternatives à différents angles de phase les unes aux autres, nous avons besoin de marquages ​​de polarité pour fournir des cadres de référence pour les angles de phase de ces tensions. (Figure ci-dessous)

Prenons par exemple le circuit suivant :

L'angle de phase remplace le signe ±.

Les marques de polarité montrent que ces deux sources de tension s'entraident, donc pour déterminer la tension totale aux bornes de la résistance, nous devons ajouter les valeurs de tension de 10 V 0° et 6 V ∠ 45° ensemble pour obtenir 14,861 V ∠ 16,59°.

Cependant, il serait parfaitement acceptable de représenter la source de 6 volts comme 6 V 225°, avec un ensemble de marquages ​​de polarité inversé, et d'arriver toujours à la même tension totale :(Figure ci-dessous)

Inverser les fils du voltmètre sur la source 6V modifie l'angle de phase de 180°.

6 V 45° avec négatif à gauche et positif à droite est exactement la même chose que 6 V 225° avec positif à gauche et négatif à droite :l'inversion des repères de polarité complète parfaitement l'ajout de 180° au désignation de l'angle de phase :(Figure ci-dessous)

L'inversion de polarité ajoute 180° à l'angle de phase

Contrairement aux sources de tension continue, dont les symboles définissent intrinsèquement la polarité au moyen de lignes courtes et longues, les symboles de tension alternative n'ont pas de marquage de polarité intrinsèque. Par conséquent, toutes les marques de polarité doivent être incluses en tant que symboles supplémentaires sur le diagramme, et il n'y a pas de manière « correcte » de les placer.

Ils doivent cependant être en corrélation avec l'angle de phase donné pour représenter la vraie relation de phase de cette tension avec d'autres tensions dans le circuit.

AVIS :

• Des marques de polarité sont parfois attribuées aux tensions alternatives dans les schémas de circuits afin de fournir un cadre de référence pour leurs angles de phase.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail d'analyse du réseau AC