Le courant électrique alternatif
Définition
Le courant électrique alternatif,
également connu sous le nom de courant alternatif ou AC (pour Alternating
Current en anglais), est un type de courant électrique qui change de direction
et d'intensité de manière périodique. Cela signifie que la direction du flux
d'électricité est inversée à des intervalles réguliers, généralement plusieurs
fois par seconde.
Le courant alternatif est produit par les générateurs
électriques, qui peuvent être alimentés par différentes sources d'énergie
telles que le charbon, le gaz naturel, le nucléaire, l'énergie solaire ou
éolienne, entre autres. Les générateurs alternatifs produisent du courant
électrique en faisant tourner une bobine dans un champ magnétique, ce qui crée
une différence de potentiel électrique.
Le courant alternatif est utilisé pour alimenter la plupart
des appareils électriques domestiques et industriels, ainsi que pour la
transmission de l'électricité sur de longues distances via les lignes
électriques à haute tension. Il est également utilisé dans les systèmes de
distribution d'énergie électrique à travers le monde.
Le courant alternatif est généralement mesuré en volts (V)
pour la tension électrique et en ampères (A) pour l'intensité du courant. La
fréquence du courant alternatif est mesurée en hertz (Hz), ce qui correspond au
nombre de cycles complets de changement de direction de l'électricité par
seconde. Dans la plupart des pays, la fréquence standard pour les réseaux
électriques est de 50 Hz ou 60 Hz.
Types de courants alternatifs
Il existe deux types de courants alternatifs : monophasé et
triphasé.
Le courant alternatif monophasé est un type de courant dans lequel la tension électrique oscille entre deux bornes de façon régulière. C'est le type de courant le plus courant pour l'alimentation électrique domestique et il est généralement utilisé pour alimenter des appareils électroménagers, des ordinateurs, des équipements de bureau et des systèmes d'éclairage. Le courant alternatif monophasé a une fréquence de 50 ou 60 hertz, selon le pays.
Le courant alternatif triphasé est un type de courant dans lequel trois tensions alternatives sinusoïdales, déphasées de 120 degrés les unes par rapport aux autres, sont générées. Ce type de courant est utilisé dans les grands réseaux électriques industriels et de distribution, où il est nécessaire de transporter de grandes quantités d'énergie électrique sur de longues distances. Le courant alternatif triphasé est également utilisé pour alimenter des moteurs électriques, des équipements lourds et des systèmes de climatisation industriels. Sa fréquence est également de 50 ou 60 hertz, selon le pays.
Dans les deux cas, la tension électrique oscille entre des
valeurs positives et négatives, créant un courant alternatif qui change de
direction plusieurs fois par seconde.
Types de forme de courants alternatifs
Il existe plusieurs formes de courants alternatifs en
fonction de leur forme d'onde. Les formes d'ondes les plus courantes sont :
- La
forme d'onde sinusoïdale : C'est la forme d'onde la plus courante pour le
courant alternatif. Elle est caractérisée par une variation régulière de
la tension électrique qui suit une courbe en forme de sinus. La forme
d'onde sinusoïdale est considérée comme la forme d'onde la plus
"pure" et elle est utilisée dans la plupart des systèmes
électriques.
- La
forme d'onde carrée : Cette forme d'onde est caractérisée par des
variations abruptes de la tension électrique entre des valeurs positives
et négatives. Elle est souvent utilisée pour les signaux de commande et de
commutation dans les systèmes électroniques.
- La
forme d'onde triangulaire : Cette forme d'onde est caractérisée par une
variation linéaire de la tension électrique entre des valeurs positives et
négatives. Elle est souvent utilisée pour les signaux de commande et de
modulation de fréquence dans les systèmes électroniques.
- La
forme d'onde dent de scie : Cette forme d'onde est caractérisée par une
variation linéaire de la tension électrique qui passe rapidement d'une
valeur positive à une valeur négative. Elle est souvent utilisée pour les
signaux de synchronisation et de balayage dans les systèmes électroniques.
PRODUCTION D’UNE ONDE SINUSOÏDALE
Il existe plusieurs moyens de produire un courant électrique
alternatif, mais voici les étapes générales pour produire ce type de courant :
- Créer
un champ magnétique : Pour produire un courant alternatif, il est
nécessaire de créer un champ magnétique qui varie dans le temps. Cela peut
être réalisé à l'aide d'un aimant permanent ou d'un électroaimant alimenté
en courant continu.
- Bouger
une bobine dans le champ magnétique : La bobine est un conducteur
électrique enroulé autour d'un noyau en matériau magnétique. En la
bougeant dans le champ magnétique, on induit une différence de potentiel
électrique, ce qui génère un courant électrique dans la bobine.
- Utiliser
un commutateur : Pour inverser le sens du courant électrique, il est
nécessaire d'utiliser un commutateur. Ce dispositif permet de changer la
polarité de la tension électrique appliquée à la bobine, ce qui fait
varier la direction du courant.
- Mesurer
et ajuster la fréquence : La fréquence du courant alternatif dépend de la
vitesse à laquelle on bouge la bobine dans le champ magnétique. Il est
donc nécessaire de mesurer et ajuster cette fréquence en fonction des
besoins.
- Alimenter
des appareils électriques : Une fois que le courant alternatif est
produit, il peut être utilisé pour alimenter des appareils électriques
domestiques ou industriels.
Les générateurs électriques sont les dispositifs les plus
couramment utilisés pour produire un courant alternatif. Ils sont souvent
alimentés par des sources d'énergie telles que les turbines à vapeur, les
moteurs à combustion interne ou les éoliennes, entre autres.
Caractéristiques d’un courant alternatif sinusoïdal
- Amplitude
: C'est la valeur maximale de la tension électrique (ou du courant)
oscillant entre les valeurs positives et négatives. Elle est mesurée en
volts (V) pour la tension et en ampères (A) pour le courant.
- Fréquence
: C'est le nombre de cycles complets (périodes) que le courant alternatif
effectue par seconde. Elle est mesurée en Hertz (Hz) et représente le
nombre de fois que la tension électrique passe de sa valeur maximale
positive à sa valeur maximale négative et revient à sa valeur maximale
positive en une seconde. f = 1/T
- Période
: C'est le temps nécessaire pour qu'un cycle complet du courant alternatif
se produise. Elle est mesurée en secondes (s) et est l'inverse de la
fréquence. T = 1/f
- Phase
: C'est la relation entre la tension électrique (ou le courant) et une
référence de temps donnée. Elle est mesurée en degrés et représente
l'avance ou le retard de la tension électrique par rapport à la référence
de temps.
- Valeur
efficace : C'est la valeur moyenne du courant alternatif qui produit le
même effet thermique qu'un courant continu de même intensité. Elle est
mesurée en ampères (A) et est utilisée pour déterminer la puissance électrique
fournie par le courant alternatif.
- Forme d'onde : Un courant alternatif sinusoïdal est caractérisé par une forme d'onde en forme de sinus, qui oscille entre des valeurs positives et négatives de manière régulière. U(t) = Um Sin(2πf t + φ)
Les caractéristiques d'un courant alternatif sinusoïdal sont
importantes pour comprendre son comportement et pour déterminer son utilisation
dans les systèmes électriques et électroniques.