Lycée Professionnel Les CANUTS BAC PRO ELEEC COMMUNICATION TECHNIQUE EXPERIMENTATION MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S0-1 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT CONTINU LE CONDENSATEUR Objectifs : A la fin du T.D., vous devez être capable de : Observer et comprendre le fonctionnement d un condensateur Repérer les caractéristiques et dimensionner un condensateur en fonction de la constante de temps du circuit Pré requis : Savoir placer et utiliser un multimètre numérique en vue d effectuer une mesure de tension et de courant. Connaître la loi d ohm, la loi des nœuds et la loi des mailles. Savoir régler une résistance à l aide d un rhéostat. Domaine de connaissances : On Donne : - le document de travail, - le matériel nécessaire aux expériences à réaliser, - les schémas des différents montages, - les appareils de mesures. On Demande : - de compléter le document de travail, - de réaliser les montages demandés, - la mise sous tension se fera en présence du formateur, - d effectuer les mesures en toute sécurité. Savoirs: S0 Electrotechnique Expérimentation et mesures S1 Distribution de l énergie électrique S2 Utilisation de l énergie électrique S3 Installations et équipements électriques S4 Installations communicantes S5 Sécurité des personnes des biens et de l environnement S6 Représentation graphique et modélisation Cours TD TP Durée 2 nde 1 ère Terminale 3 h 00 NOM : Prénom :. Date : Note :./ 20 1/7
A. Problématique Plafonnier On s aperçoit que lorsqu on ouvre la portière d une voiture le plafonnier s allume. Lorsqu on referme la porte, il s éteint progressivement au bout d un certain temps. Aujourd hui, posons-nous les questions suivantes : De quel mécanisme s agit-il? Quel composant permet de réaliser cette fonction? B. Expérience 1 : Charge et décharge d un condensateur On se propose de réaliser le montage suivant : Schéma de principe A1 I1 RH A2 A3 G V1 I2 V2 I3 RLP C * * «C» est un condensateur : composant électrique constitué de 2 armatures conductrices séparées par un isolant (appelé diélectrique) et fonctionnant grâce aux influences mutuelles des charges électriques. Sur le montage précédent, indiquez les polarités des appareils de mesure et des récepteurs, fléchez les courants I1, I2, I3 et les tensions V1, V2. 2/7
Réalisation Vous disposez : D un générateur G qu il faudra régler sur 24V D une lampe RLP 24V/2W faisant fonction de plafonnier. De trois ampèremètres symbolisés par la lettre A. De deux voltmètres symbolisés par la lettre V. D un interrupteur S1 (ouverture, fermeture de la porte de la voiture) D un rhéostat RH de 106 OHMS D un condensateur C de 4700 µ F / 40V 3/7
Régler le rhéostat à 106 puis réalisez le montage et appelez le professeur pour vérification. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Observations Les constatations seront, dans un premier temps, visuelles au niveau de la lampe puis porteront sur les valeurs des courants I1, I2 et I3 et des tensions V1 et V2. Cocher les réponses qui conviennent et compléter les indications manquantes. 1. Lorsque l on ferme l interrupteur La lampe s éclaire progressivement instantanément La tension aux bornes du condensateur évolue positivement L intensité dans le condensateur évolue positivement Conclusion : Dans un condensateur, le courant circule avant que n apparaisse une tension à ses bornes. On dit que le courant est en avance sur la tension. 2. Après un certain temps après la fermeture de l interrupteur I1 = I2 = I3 = La loi des nœuds est-elle vérifiée? Justifiez votre réponse. Quelle remarque peut-on faire? Comme un réservoir, le condensateur a emmagasiné une certaine quantité d électricité (Q) liée à sa capacité (C) et à la hauteur électrique (U), on note : Q = C.U. On dit qu il s est chargé. 4/7
3. Lorsque l on ouvre l interrupteur La lampe s éteint progressivement instantanément La tension aux bornes du condensateur évolue positivement L intensité dans le condensateur évolue positivement Le condensateur restitue la quantité d électricité emmagasinée. On dit qu il se décharge. Le temps de charge et de décharge est d autant plus important que la capacité du condensateur et que la résistance du circuit sont grandes. On note la constante de temps = R.C Sur la voiture le contact actionné par la porte est-il du même type que celui de notre montage, sinon dessiné celui qui peut répondre au fonctionnement du plafonnier. 4. Complément Prendre connaissance du cours disponible sur le guide des Métiers de l électrotechnique en recherchant dans l index : «condensateur constitution» et «association de condensateurs». Indiquer les formules permettant de calculer un condensateur équivalent à plusieurs montés : En série En parallèle C. Expérience 2 : courbes de charge et de décharge Visualiser la «charge d un condensateur» à l aide du logiciel pour différentes valeurs de P1. Puis relever la courbe de charge pour P1 = 100 k puis pour P1 = 300k. 5/7
6/7
Sur la courbe universelle de «décharge d un condensateur» indiquer pour les valeurs de, 3 et 5 la valeur relative de la tension de décharge du condensateur fonction de la tension initiale à laquelle le condensateur était chargé. Temps de décharge 3 5 Valeur relative de la tension de décharge en % D. Applications : Les condensateurs ont un vaste domaine d utilisation : on les trouve notamment dans des montages de minuterie ou de temporisation, de conversion de l énergie alternative en continu, dans des fonctions de filtrage de fréquences mais ils sont également utilisés dans un rôle de déphasage ou de relèvement du facteur de puissance. 1. Etude d une minuterie Pour retarder l extinction d une lampe dans une cage d escalier on utilise une minuterie constituée d un comparateur de tensions dont une entrée est raccordée à un circuit RC. La résistance R est variable de 1k à 150 k. Sachant que la capacité du condensateur est de 2200µF et que la résistance est de 150 k, calculer la constante de temps de ce circuit. Exprimer le résultat en min, sec. Grace au comparateur, la sortie est commutée au bout de 3. Calculer le temps correspondant. Suivant le même principe, calculer le temps minimum réglable sur la minuterie. 2. Batterie de condensateurs Dans une batterie de condensateurs on utilise des condensateurs non-polarisés placés en série pour adapter la tension qu ils sont capable de supporter à la tension du réseau avec plusieurs branches en parallèle pour augmenter la capacité globale de la batterie. La batterie est constituée de 6 branches en parallèle de 3 condensateurs en série. Chaque condensateur a pour caractéristiques 150 µf / 100V. Calculer la capacité équivalente d une branche constituée de 3 condensateurs en série puis de l ensemble des 6 branches en parallèle. 7/7