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Électricité

Courant alternatif

Introduction

Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current en anglais, étant cependant souvent utilisé) est un courant électrique qui change de sens.

Ce courant alternatif est dit périodique s’il change régulièrement et périodiquement de sens.

Un courant alternatif périodique est caractérisé par sa fréquence, mesurée en hertz (Hz). C’est le nombre d’« allers-retours » qu’effectue le courant électrique en une seconde. Un courant alternatif périodique de 50 Hz effectue 50 « allers-retours » par seconde, c’est-à-dire qu’il change 100 fois (50 allers et 50 retours) de sens par seconde.

La forme la plus utilisée de courant alternatif est le courant sinusoïdal, essentiellement pour la distribution commerciale de l’énergie électrique.

La fréquence du courant électrique distribué par les réseaux aux particuliers est généralement de 50 Hz en Europe et au Maroc, 60 Hz en Amérique du Nord.

On doit distinguer :

  • Les courants purement alternatifs dont la valeur moyenne (composante continue) est nulle, qui peuvent alimenter un transformateur sans danger.
  • Les courants alternatifs à composante continue non nulle qui ne peuvent en aucun cas alimenter un transformateur.

Historique

Aux États-Unis, le physicien Nikola Tesla en 1882 conçoit l’alternateur triphasé. Parallèlement, en France, Lucien Gaulard invente le transformateur. Ces deux inventions permettent de surmonter les limitations imposées par l’utilisation du courant continu pour la distribution de l’électricité alors préconisée par Thomas Edison qui avait déposé de nombreux brevets en rapport avec cette technologie (et possédait des réseaux de distribution de courant continu).

Les avantages apportés par le transport et la distribution de l’énergie électrique par courants alternatifs sont indéniables. L’industriel Westinghouse, détenteur des brevets, finit par l’imposer aux États-Unis.

Les courants alternatifs sinusoïdaux

Les courants alternatifs sinusoïdaux

Exemple de signaux sinusoïdaux

Un courant alternatif sinusoïdal est un signal sinusoïdal de grandeur homogène à un courant (exprimé en ampères). De façon stricte, sa composante continue doit être nulle pour le qualifier d’alternatif, la sinusoïde aura donc une valeur moyenne égale à zéro.

D’un point de vue mathématique

i(t) = A . \sin(\frac{2 \pi . t}{T} + \varphi)
i(t) = A . \sin(2 \pi . f . t + \varphi)
f = \frac{1}{T}
A \,
T \,
\varphi \,

Le courant a donc une équation du type :  , ou  , puisque  , avec  l’amplitude du signal,  la période du signal exprimée en secondes, et  le déphasage, ou phase à l’origine, exprimé en radians.

s(t) = A . \sin (\omega.t + \varphi)
\omega \,
2.\pi.f \,
\frac{2.\pi}{T}

Généralement on résume cette équation à , avec  la pulsation (exprimée en rad/s) qui correspond donc à notre  ou .

\frac{A}{\sqrt{2}}

De façon stricte, un courant alternatif sinusoïdal est autant de temps (T/2) positif que négatif, ce qui implique que sa composante continue soit nulle. La sinusoïde oscillera donc de façon équilibrée autour de 0, impliquant une valeur moyenne (mathématiquement) nulle, et une valeur efficace (électriquement) de  .

On dit de ces deux signaux qu’ils sont identiques mais déphasés de π. Entre leurs deux équations, il y a donc seulement le déphasage (ou phase à l’origine) qui diffère.

\varphi_{bleu} - \varphi_{rouge} = z \pi
z \,

En réalité, l’important est que la différence des phases à l’origine vaut  avec  un entier impair, puisqu’un tel déphasage (π radians correspondant à 180 degrés) correspond à un décalage d’un demi-tour sur le cercle trigonométrique. On associe donc à un signal, la valeur opposée de l’autre, car sin(x + z.π) = − sin(x). Quand le signal bleu est au maximum, le rouge est au minimum, etc. On remarque donc que les deux signaux sont opposés, c’est-à-dire symétriques par l’axe des abscisses

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