Calcul du Courant dans un Circuit RL Série

Calcul du Courant dans un Circuit RL Série

Calcul du Courant dans un Circuit RL en Régime Sinusoïdal

Comprendre le Circuit RL Série

Un circuit RL série est un des circuits les plus courants en électricité, représentant par exemple un moteur ou tout enroulement possédant une résistance interne. Il est composé d'une résistance (R) et d'une inductance (L) connectées en série. En courant alternatif, l'inductance présente une opposition au passage du courant appelée réactance inductive (\(X_L\)), qui dépend de la fréquence. Cette réactance, combinée à la résistance, forme l'impédance totale (\(Z\)) du circuit. En raison de l'inductance, le courant dans le circuit sera toujours en retard par rapport à la tension appliquée.

Données de l'étude

Un circuit RL série est soumis à une tension sinusoïdale \(u_e(t)\) de valeur efficace \(U_e = 12 \, \text{V}\) et de fréquence \(f = 50 \, \text{Hz}\).

  • Résistance : \(R = 10 \, \Omega\)
  • Inductance : \(L = 50 \, \text{mH}\)
Schéma du Circuit RL Série
Ue R L I

Questions à traiter

  1. Calculer la réactance inductive (\(X_L\)) de la bobine.
  2. Calculer l'impédance complexe (\(\underline{Z}\)) du circuit, puis déterminer son module (\(|Z|\)) et son argument (\(\phi\)).
  3. Calculer la valeur efficace du courant (\(I\)) qui traverse le circuit.
  4. Déterminer le déphasage (\(\phi\)) du courant par rapport à la tension d'entrée.
  5. Écrire l'expression mathématique du courant instantané \(i(t)\), en prenant la tension d'entrée comme référence de phase (\(u_e(t) = U_e\sqrt{2}\sin(\omega t)\)).

Correction : Calcul du Courant dans un Circuit RL Série

1. Réactance Inductive (\(X_L\))

Principe :

La réactance inductive \(X_L\) est l'opposition de la bobine au passage du courant alternatif. Elle est directement proportionnelle à la fréquence du signal et à la valeur de l'inductance.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ X_L = L\omega = 2\pi f L \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} X_L &= 2\pi \times 50 \, \text{Hz} \times (50 \times 10^{-3} \, \text{H}) \\ &= 5\pi \, \Omega \\ &\approx 15.71 \, \Omega \end{aligned} \]
Résultat : La réactance inductive est \(X_L \approx 15.71 \, \Omega\).

2. Impédance Totale (\(\underline{Z}\))

Principe :

L'impédance totale \(\underline{Z}\) est la somme vectorielle de la résistance R (partie réelle) et de la réactance inductive \(X_L\) (partie imaginaire). Son module représente l'opposition totale du circuit, et son argument représente le déphasage que le circuit impose entre la tension totale et le courant.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \underline{Z} = R + jX_L \]
Calcul :

Expression de l'impédance complexe :

\[ \underline{Z} = (10 + j15.71) \, \Omega \]

Calcul du module :

\[ \begin{aligned} |Z| &= \sqrt{R^2 + X_L^2} \\ &= \sqrt{10^2 + 15.71^2} \\ &= \sqrt{100 + 246.8} \\ &\approx 18.62 \, \Omega \end{aligned} \]

Calcul de l'argument (déphasage) :

\[ \begin{aligned} \phi &= \arctan\left(\frac{X_L}{R}\right) \\ &= \arctan\left(\frac{15.71}{10}\right) \\ &\approx 57.5^\circ \end{aligned} \]
Résultat : L'impédance est \(\underline{Z} = (10 + j15.71) \, \Omega\), avec un module \(|Z| \approx 18.62 \, \Omega\) et un argument \(\phi \approx 57.5^\circ\).

3. Courant Efficace (\(I\))

Principe :

Le courant efficace est calculé en appliquant la loi d'Ohm avec la tension efficace de la source et le module de l'impédance totale du circuit.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ I = \frac{U_e}{|Z|} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} I &= \frac{12 \, \text{V}}{18.62 \, \Omega} \\ &\approx 0.644 \, \text{A} \end{aligned} \]
Résultat : Le courant efficace dans le circuit est \(I \approx 0.64 \, \text{A}\).

4. Déphasage Courant / Tension

Principe :

Le déphasage \(\phi\) du circuit a été calculé comme étant l'argument de l'impédance. Cet angle représente le déphasage de la tension par rapport au courant. Le déphasage du courant par rapport à la tension est donc l'opposé de cet angle.

Valeur :

L'argument de l'impédance est \(\phi \approx +57.5^\circ\). Cela signifie que la tension totale \(u_e(t)\) est en avance de \(57.5^\circ\) sur le courant \(i(t)\). Réciproquement, le courant \(i(t)\) est en retard de \(57.5^\circ\) sur la tension \(u_e(t)\).

Résultat : Le courant est en retard de \(57.5^\circ\) par rapport à la tension.

5. Expression du Courant Instantané \(i(t)\)

Principe :

L'expression de \(i(t)\) s'écrit sous la forme \(i(t) = I_{\text{max}} \sin(\omega t + \phi_i)\), où \(I_{\text{max}} = I \times \sqrt{2}\) et \(\phi_i\) est le déphasage du courant par rapport à la tension de référence.

Calcul :

Calcul de l'amplitude maximale du courant :

\[ \begin{aligned} I_{\text{max}} &= I \times \sqrt{2} \\ &= 0.644 \, \text{A} \times \sqrt{2} \\ &\approx 0.91 \, \text{A} \end{aligned} \]

Le déphasage du courant est \(\phi_i = -57.5^\circ\). Il faut le convertir en radians pour l'expression temporelle : \(\phi_i \approx -57.5 \times \frac{\pi}{180} \approx -1.0 \, \text{rad}\).

L'expression finale est donc :

\[ i(t) \approx 0.91 \sin(100\pi t - 1.0) \, \text{A} \]
Résultat : L'expression du courant instantané est \(i(t) \approx 0.91 \sin(100\pi t - 1.0) \, \text{A}\).

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Dans un circuit RL série, le courant est toujours...

2. Si la fréquence du signal d'entrée d'un circuit RL série augmente, qu'advient-il de l'impédance totale du circuit ?


Glossaire

Circuit RL
Circuit électrique composé d'une résistance (R) et d'une inductance (L). En série, ils forment un circuit de base pour modéliser des charges réelles comme des moteurs.
Impédance (\(\underline{Z}\))
Opposition totale d'un circuit au passage d'un courant alternatif. C'est une grandeur complexe dont le module est \(|Z| = \sqrt{R^2 + X_L^2}\) pour un circuit RL série.
Réactance Inductive (\(X_L\))
Partie imaginaire de l'impédance due à une inductance. Elle se mesure en Ohms (\(\Omega\)) et sa valeur est \(X_L = L\omega\).
Déphasage (\(\phi\))
Décalage angulaire entre la tension et le courant. Dans un circuit RL, la tension est toujours en avance sur le courant. L'angle est donné par \(\phi = \arctan(X_L/R)\).
Circuit RL Série - Exercice d'Application

D’autres exercices de Courant Alternatif:

Comparaison des Impédances de Circuits
Comparaison des Impédances de Circuits

Comparaison des Impédances de Circuits Série et Parallèle en CA Comparaison des Impédances de Circuits Série et Parallèle en CA Comprendre l'Impédance en Courant Alternatif En courant continu (CC), la résistance est la seule opposition au passage du courant. En...

Mesure sur un Signal Sinusoïdal
Mesure sur un Signal Sinusoïdal

Utilisation de l'Oscilloscope Virtuel pour Signaux AC Utilisation de l'Oscilloscope : Mesure sur un Signal Sinusoïdal Comprendre l'Analyse de Signaux Électriques L'oscilloscope est l'instrument fondamental de l'électronicien. Il permet de visualiser l'évolution d'une...

Dimensionnement de Câble et Chute de Tension
Dimensionnement de Câble et Chute de Tension

Calcul de la Chute de Tension en Courant Alternatif Dimensionnement de Câble et Chute de Tension en Alternatif Comprendre la Chute de Tension Dans toute installation électrique, le transport de l'énergie du tableau de distribution jusqu'aux récepteurs (moteurs,...

Modélisation d’une Ligne de Transmission Courte
Modélisation d’une Ligne de Transmission Courte

Modélisation d'une Ligne de Transmission Courte Modélisation d'une Ligne de Transmission Courte Comprendre la Ligne de Transmission Courte Pour le transport de l'énergie électrique sur de courtes distances (généralement moins de 80 km), les effets capacitifs entre les...

Étude d’un Redresseur Monophasé Non Commandé
Étude d’un Redresseur Monophasé Non Commandé

Étude d'un Redresseur Monophasé Non Commandé Étude d'un Redresseur Monophasé Non Commandé Comprendre le Redressement Monophasé Le redressement est le processus de conversion d'une tension alternative (AC), qui change de polarité, en une tension unidirectionnelle (DC),...

Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré
Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré

Calcul de la Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré Calcul de la Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré Comprendre le Régime Déséquilibré Alors qu'un circuit triphasé est dit "équilibré" si les charges sur les trois phases sont identiques, un circuit...

Application des Nombres Complexes aux Circuits AC
Application des Nombres Complexes aux Circuits AC

Application des Nombres Complexes aux Circuits AC Application des Nombres Complexes pour la Résolution de Circuits AC Comprendre l'Utilisation des Nombres Complexes L'analyse des circuits en régime sinusoïdal forcé peut être grandement simplifiée en utilisant la...

Analyse des Harmoniques dans un Signal
Analyse des Harmoniques dans un Signal

Analyse des Harmoniques dans un Signal Non Sinusoïdal Analyse des Harmoniques dans un Signal Non Sinusoïdal Comprendre les Harmoniques Dans de nombreux systèmes électriques modernes (alimentations à découpage, variateurs de vitesse, etc.), les courants et les tensions...

Construction du Diagramme de Fresnel
Construction du Diagramme de Fresnel

Construction du Diagramme de Fresnel Construction du Diagramme de Fresnel Comprendre le Diagramme de Fresnel En analyse de circuits en courant alternatif (AC), les tensions et les courants sont des grandeurs sinusoïdales. Le diagramme de Fresnel est une représentation...

Analyse du Gain en Tension d’un Amplificateur
Analyse du Gain en Tension d’un Amplificateur

Analyse du Gain en Tension d’un Amplificateur Analyse du Gain en Tension d’un Amplificateur à Émetteur Commun Contexte : L'amplificateur à émetteur communUn des trois montages de base pour un transistor bipolaire, très utilisé pour son gain élevé en tension et en...

Analyse d’un Circuit avec Diode Parfaite
Analyse d’un Circuit avec Diode Parfaite

Analyse d’un Circuit avec Diode Parfaite Analyse d’un Circuit avec Diode Parfaite Contexte : Le redressementProcessus de conversion d'une tension alternative (AC) en une tension continue (DC). est une fonction fondamentale en électronique de puissance. Cet exercice se...

Calcul du Générateur de Thévenin
Calcul du Générateur de Thévenin

Exercice : Calcul du Générateur de Thévenin Calcul du Générateur de Thévenin Contexte : Le théorème de ThéveninUn principe fondamental en analyse de circuits électriques qui permet de simplifier un circuit complexe en un générateur de tension idéal en série avec une...

Calcul du Coefficient de Régulation dans un Circuit
Calcul du Coefficient de Régulation dans un Circuit

Exercice : Calcul du Coefficient de Régulation dans un Circuit Calcul du Coefficient de Régulation dans un Circuit Contexte : Le coefficient de régulationLe coefficient de régulation est un indicateur clé qui mesure la capacité d'une alimentation à maintenir une...

Calcul de la valeur efficace de la tension
Calcul de la valeur efficace de la tension

Exercice : Calcul de la Tension Efficace Calcul de la Valeur Efficace d'une Tension Contexte : L'importance de la valeur efficaceLa valeur efficace (ou RMS) d'un courant ou d'une tension variable correspond à la valeur d'un courant ou d'une tension continue qui...

Analyse du Multivibrateur Astable
Analyse du Multivibrateur Astable

Exercice : Analyse du Multivibrateur Astable Analyse du Multivibrateur Astable Contexte : Le Multivibrateur AstableUn circuit électronique qui génère un signal de sortie oscillant (typiquement carré) sans avoir besoin d'un signal d'entrée pour le déclencher. Il n'a...

Calcul du Facteur de Qualité Q d’un Circuit
Calcul du Facteur de Qualité Q d’un Circuit

Exercice : Calcul du Facteur de Qualité (Q) Calcul du Facteur de Qualité (Q) d'un Circuit RLC Série Contexte : Le Facteur de Qualité (Q)Le facteur de qualité est une grandeur sans dimension qui décrit la sélectivité ou la 'pureté' d'un circuit résonant. Un Q élevé...

Calcul des Résistances d’Entrée en Électronique
Calcul des Résistances d’Entrée en Électronique

Exercice : Calcul des Résistances d’Entrée en Électronique Calcul des Résistances d’Entrée en Électronique Contexte : L'amplificateur à transistor bipolaireComposant à 3 bornes (Base, Collecteur, Émetteur) qui amplifie le courant. en émetteur communMontage...

Calcul de la Fréquence Propre d’un Circuit RLC
Calcul de la Fréquence Propre d’un Circuit RLC

Exercice : Calcul de la Fréquence Propre d’un Circuit RLC Calcul de la Fréquence Propre d’un Circuit RLC Contexte : Le Circuit RLC SérieUn circuit électrique composé d'une résistance (R), d'une bobine (Inductance L) et d'un condensateur (Capacité C) connectés en...

Dépannage dans un Système d’Éclairage LED
Dépannage dans un Système d’Éclairage LED

Exercice : Dépannage d'un Système d'Éclairage LED Dépannage dans un Système d’Éclairage LED Contexte : Les systèmes d'éclairage à LEDDispositifs d'éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED) comme source de lumière, réputés pour leur faible consommation...

Analyse d’un Filtre Passe-Bas RL
Analyse d’un Filtre Passe-Bas RL

Exercice : Analyse d'un Filtre Passe-Bas RL Analyse d’un Filtre Passe-Bas RL Contexte : Le filtrage électroniqueProcédé qui consiste à supprimer ou atténuer certaines fréquences d'un signal électrique tout en laissant passer les autres.. Les filtres sont des...

Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde
Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde

Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde Analyse d’un Circuit RL avec Solénoïde Contexte : Le Circuit RL SérieUn circuit électrique comprenant une résistance (R) et une inductance (L) connectées en série, généralement à une source de tension.. Contrairement aux circuits...

Calcul du Rapport des Amplitudes Complexes
Calcul du Rapport des Amplitudes Complexes

Calcul du Rapport des Amplitudes Complexes Calcul du Rapport des Amplitudes Complexes Contexte : Le Filtre RC Passe-BasUn circuit électronique qui laisse passer les signaux de basse fréquence et atténue les signaux de haute fréquence.. En régime sinusoïdal forcé,...

Calcul de la concentration d’électrons libres
Calcul de la concentration d’électrons libres

Calcul de la concentration d’électrons libres Calcul de la concentration d’électrons libres Contexte : La conductivité électriqueCapacité d'un matériau à laisser passer le courant électrique. Elle dépend fortement de la quantité de porteurs de charge (comme les...

Calcul de la Fréquence Angulaire de Coupure
Calcul de la Fréquence Angulaire de Coupure

Calcul de la Fréquence Angulaire de Coupure Calcul de la Fréquence Angulaire de Coupure Contexte : Les filtres électroniquesCircuits qui modifient l'amplitude ou la phase d'un signal en fonction de sa fréquence. Ils sont essentiels en traitement du signal, audio, et...

Lois de l’Ohm et Kirchhoff
Lois de l’Ohm et Kirchhoff

Lois de l’Ohm et Kirchhoff Lois de l’Ohm et Kirchhoff Contexte : Le diviseur de tensionUn circuit simple qui transforme une tension élevée en une tension plus basse en utilisant une paire de résistances en série.. En tant qu'ingénieur électronicien, vous devez...

Quantification de CO2 dans l’Air
Quantification de CO2 dans l’Air

Exercice : Quantification de CO2 dans l’Air Quantification de CO2 dans l’Air Contexte : Le capteur de gaz NDIRTechnologie de détection de gaz par Infrarouge Non Dispersif, très précise pour mesurer la concentration de CO₂.. La surveillance de la qualité de l'air...

Optimisation de la Bande Passante
Optimisation de la Bande Passante

Exercice : Optimisation de la Bande Passante d'un Filtre RLC Optimisation de la Bande Passante d'un Filtre RLC Contexte : Le filtre RLC passe-bandeUn circuit électronique qui laisse passer les fréquences comprises dans une certaine plage et atténue les fréquences en...

Théorème de Norton pour l’Analyse de Circuits
Théorème de Norton pour l’Analyse de Circuits

Exercice : Théorème de Norton Théorème de Norton pour l’Analyse de Circuits Contexte : Le Théorème de NortonUn principe fondamental en génie électrique qui permet de simplifier un circuit linéaire complexe en un générateur de courant idéal en parallèle avec une unique...

Conception d’un Oscillateur à Pont de Wien
Conception d’un Oscillateur à Pont de Wien

Exercice : Conception d’un Oscillateur à Pont de Wien Conception d’un Oscillateur à Pont de Wien Contexte : L'oscillateur à pont de WienUn circuit électronique qui génère une onde sinusoïdale très pure sans avoir besoin d'une source de signal d'entrée.. L'oscillateur...

Contrôle de Moteur via MOSFET
Contrôle de Moteur via MOSFET

Exercice : Contrôle de Moteur via MOSFET Contrôle de Moteur via MOSFET Contexte : Le MOSFETUn transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, utilisé comme interrupteur ou amplificateur. comme interrupteur pour moteur. Dans de nombreuses applications...

Comparaison des Impédances de Circuits
Comparaison des Impédances de Circuits

Comparaison des Impédances de Circuits Série et Parallèle en CA Comparaison des Impédances de Circuits Série et Parallèle en CA Comprendre l'Impédance en Courant Alternatif En courant continu (CC), la résistance est la seule opposition au passage du courant. En...

Mesure sur un Signal Sinusoïdal
Mesure sur un Signal Sinusoïdal

Utilisation de l'Oscilloscope Virtuel pour Signaux AC Utilisation de l'Oscilloscope : Mesure sur un Signal Sinusoïdal Comprendre l'Analyse de Signaux Électriques L'oscilloscope est l'instrument fondamental de l'électronicien. Il permet de visualiser l'évolution d'une...

Dimensionnement de Câble et Chute de Tension
Dimensionnement de Câble et Chute de Tension

Calcul de la Chute de Tension en Courant Alternatif Dimensionnement de Câble et Chute de Tension en Alternatif Comprendre la Chute de Tension Dans toute installation électrique, le transport de l'énergie du tableau de distribution jusqu'aux récepteurs (moteurs,...

Modélisation d’une Ligne de Transmission Courte
Modélisation d’une Ligne de Transmission Courte

Modélisation d'une Ligne de Transmission Courte Modélisation d'une Ligne de Transmission Courte Comprendre la Ligne de Transmission Courte Pour le transport de l'énergie électrique sur de courtes distances (généralement moins de 80 km), les effets capacitifs entre les...

Étude d’un Redresseur Monophasé Non Commandé
Étude d’un Redresseur Monophasé Non Commandé

Étude d'un Redresseur Monophasé Non Commandé Étude d'un Redresseur Monophasé Non Commandé Comprendre le Redressement Monophasé Le redressement est le processus de conversion d'une tension alternative (AC), qui change de polarité, en une tension unidirectionnelle (DC),...

Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré
Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré

Calcul de la Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré Calcul de la Puissance en Régime Triphasé Déséquilibré Comprendre le Régime Déséquilibré Alors qu'un circuit triphasé est dit "équilibré" si les charges sur les trois phases sont identiques, un circuit...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

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