Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

Comprendre l’Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

Vous êtes un ingénieur en électronique travaillant sur la conception d’un circuit de commande pour un moteur électrique. Le circuit inclut un solénoïde utilisé pour activer un relais.

Pour assurer le bon fonctionnement du relais et éviter des pics de tension qui pourraient endommager d’autres composants, vous devez analyser le comportement de l’inductance du solénoïde lorsqu’il est alimenté par une source de tension continue.

Données fournies:

  • Longueur du solénoïde, \( L \): 30 cm (0.3 m)
  • Diamètre du solénoïde, \( d \): 2 cm (0.02 m)
  • Nombre total de spires, \( N \): 1000 spires
  • Perméabilité du vide, \( \mu_0 \): \( 4\pi \times 10^{-7} \) Henry/mètre (H/m)
  • Résistance du solénoïde, \( R \): 12 ohms
  • Tension de la source, \( V \): 12 volts

Questions:

1. Calculer l’inductance du solénoïde:

  • Utilisez la formule de l’inductance d’un solénoïde pour calculer son inductance.

2. Analyser le comportement du circuit RL:

  • Déterminez la constante de temps \( \tau \) du circuit, qui est le produit de la résistance \( R \) et de l’inductance \( L \).

3. Simuler la réponse du circuit:

  • Calculez la tension aux bornes de l’inductance et le courant dans le circuit à \( t = 0, \tau, 3\tau, \) et \( 5\tau \) après la fermeture de l’interrupteur.

Correction : Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

1. Calcul de l’inductance du solénoïde

Pour déterminer l’inductance \(L\) du solénoïde, nous utilisons la formule:

\[ L = \frac{\mu_0 \times N^2 \times A}{l} \]

Calculons chaque composante de la formule:

  • Perméabilité du vide (\(\mu_0\)) = \(4\pi \times 10^{-7}\) H/m
  • Nombre de spires (\(N\)) = 1000
  • Longueur du solénoïde (\(l\)) = 0.3 m

Aire de la section transversale (\(A\)):

  • Diamètre (\(d\)) = 0.02 m
  • Rayon (\(r\)) = \(d/2\) = 0.01 m

\[ A = \pi \times r^2 \] \[ A = \pi \times (0.01)^2\, \text{m}^2 \] \[ A = 3.14159 \times 0.0001\, \text{m}^2 \] \[ A = 0.000314159\, \text{m}^2 \]

Substituons ces valeurs dans la formule:

\[ L = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 1000^2 \times 0.000314159}{0.3} \] \[
L \approx 0.001318 \text{ Henrys} \]

2. Analyse du comportement du circuit RL

La constante de temps \(\tau\) du circuit est donnée par la formule:

\[ \tau = L \times R \]

où \(R\) est la résistance du solénoïde.

Substituons les valeurs:

  • \(L \approx 0.001318\) H
  • \(R = 12\) ohms

\[ \tau = 0.001318 \times 12 \] \[ \tau = 0.015816\, \text{secondes} \]

3. Simulation de la réponse du circuit

La tension à travers l’inductance et le courant dans le circuit se calculent à partir de:

\[ I(t) = \frac{V}{R} \left(1 – e^{-\frac{t}{\tau}}\right) \]

Calculons le courant à différents moments après la fermeture de l’interrupteur:

  • \(t = 0\) s:

\[ I(0) = \frac{12}{12} \left(1 – e^{-\frac{0}{0.015816}}\right) \] \[ I(0) = 0 \text{ A} \]

  • \(t = \tau\) (0.015816 s):

\[ I(\tau) = \frac{12}{12} \left(1 – e^{-1}\right) \] \[ I(\tau) \approx 1 – 0.3679 \] \[ I(\tau) = 0.6321 \text{ A} \]

  • \(t = 3\tau\) (0.047448 s):

\[ I(3\tau) = \frac{12}{12} \left(1 – e^{-3}\right) \] \[ I(3\tau) \approx 1 – 0.0498 \] \[ I(3\tau) = 0.9502 \text{ A} \]

  • \(t = 5\tau\) (0.07908 s):

\[ I(5\tau) = \frac{12}{12} \left(1 – e^{-5}\right) \] \[ I(5\tau) \approx 1 – 0.0067 \] \[ I(5\tau) = 0.9933 \text{ A} \]

Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

D’autres exercices d’electronique:

Calcul de la Bande Passante et du Gain
Calcul de la Bande Passante et du Gain

Calcul de la Bande Passante et du Gain Comprendre le Calcul de la Bande Passante et du Gain Vous travaillez pour une entreprise d'électronique qui conçoit des amplificateurs pour des applications audio. L'objectif est de déterminer la bande passante d'un amplificateur...

Analyse Dynamique d’un Circuit R-C
Analyse Dynamique d’un Circuit R-C

Analyse Dynamique d'un Circuit R-C Comprendre l'Analyse Dynamique d'un Circuit R-C Dans un circuit électronique simple, un dipôle composé d'une résistance \(R\) et d'un condensateur \(C\) est connecté en série avec une source de tension alternative \(V(t)\). La source...

Théorème de Norton dans un Circuit d’Éclairage
Théorème de Norton dans un Circuit d’Éclairage

Théorème de Norton dans un Circuit d'Éclairage Comprendre le Théorème de Norton dans un Circuit d'Éclairage Vous êtes en train de concevoir un système d'éclairage pour un petit jardin. Vous avez décidé d'utiliser une configuration spécifique de résistances et d'une...

Calcul d’un Amplificateur Opérationnel Inverseur
Calcul d’un Amplificateur Opérationnel Inverseur

Calcul d'un Amplificateur Opérationnel Inverseur Comprendre le Calcul d'un Amplificateur Opérationnel Inverseur Un amplificateur opérationnel inverseur est configuré avec une résistance d'entrée \(R_{in} = 2\,k\Omega\) et une résistance de feedback \(R_f =...

Calcul de la Distorsion Harmonique Totale
Calcul de la Distorsion Harmonique Totale

Calcul de la Distorsion Harmonique Totale Comprendre le Calcul de la Distorsion Harmonique Totale Un amplificateur audio est conçu pour travailler dans une plage de fréquences audibles (20 Hz à 20 kHz). Lors d'un test, un signal sinusoïdal pur de 1 kHz est utilisé...

Calcul du gain et des résistances pour un AOP
Calcul du gain et des résistances pour un AOP

Calcul du gain et des résistances pour un AOP Comprendre le Calcul du gain et des résistances pour un AOP Vous disposez d'un amplificateur opérationnel configuré en mode non-inverseur. La tension d'entrée (\(V_{\text{in}}\)) est appliquée à l'entrée non-inverseuse de...

Analyse d’un Oscillateur LC à 10 MHz
Analyse d’un Oscillateur LC à 10 MHz

Analyse d'un Oscillateur LC à 10 MHz Comprendre l'Analyse d'un Oscillateur LC à 10 MHz Vous êtes ingénieur(e) en conception électronique et on vous demande de concevoir un oscillateur LC pour une application de communication nécessitant une fréquence de résonance...

Analyse de l’état d’une diode
Analyse de l’état d’une diode

Analyse de l'état d'une diode Comprendre l'Analyse de l'état d'une diode Nous allons analyser l'état d'une diode en fonction des caractéristiques d'un circuit simple. Une diode est un composant électronique permettant le passage du courant électrique dans une seule...

Vérification de la loi des mailles
Vérification de la loi des mailles

Vérification de la loi des mailles Comprendre la Vérification de la loi des mailles Considérez un circuit composé de trois résistances et d'une source de tension continue. Le circuit est configuré comme suit : R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, et R3 = 300 Ω sont connectées en...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *