P06 :  REPONSE D’UN CIRCUIT RL A UN ECHELON DE TENSION

  1. MISE EN EVIDENCE DU RÔLE D'UNE BOBINE DANS UN CIRCUIT

Les 2 lampes L1 et L2 sont identiques. La bobine et le conducteur ohmique ont même résistance : r= rb

Le générateur soumet le montage à une tension Ug=E=6 V

  • Nommer puis indiquer le sens des courants qui vont circuler dans le circuit après fermeture de l’interrupteur.
  • Flécher (interrupteur fermé) toutes les tensions positives du circuit.

On ferme l’interrupteur, noter vos observations.

  1. INDUCTANCE L D’UNE BOBINE

    Qu'est-ce qu'une bobine ?

    Une bobine est constitué d’un enroulement de fil de cuivre. Toute bobine est caractérisée par une grandeur L appelée inductance, exprimée en Henrys (H). L’inductance est toujours positive. Elle est indiquée sur chaque bobine (souvent en mH). L’inductance se mesure avec un Henrymètre placé en dérivation aux bornes de la bobine prise seule.

    On peut montrer que l’inductance L dépend des caractéristiques de la bobine (son nombre de spires, sa longueur et la surface des spires). La présence d’un noyau de fer ou d’acier plus ou moins enfoncé dans la bobine permet d’augmenter ou de diminuer son inductance L : on a ainsi une bobine d’inductance L réglable.

     

  2. REPONSE D’UN CIRCUIT RL A UN ECHELON DE TENSION

Objectif : Etudier l’intensité du courant dans un circuit RL en série, soumis brusquement à une tension constante E.

Attention : On appelle R la résistance totale du circuit donc R=r+rb

  1. Montage

  1. Paramétrage du logiciel d'acquisition

Entrée 0 : configuration automatique ; 5V/+5V ; nom : Ug ; unité V ; Trait fin et ne pas cocher de fenêtre

Entrée 1 : configuration automatique ; –5V/+5V ; nom : ur ; unité V ; Trait fin et cocher la fenêtre 1

Réglage : 1000 points puis ajouter ;

Durée totale : 150 ms ;

Déclenchement source : sur entrée n°0 ; niveau : 0,1 ; condition : sens montant

Abscisse : T ; Echelle en X : min 0 et max 0.15 ; Echelle en Y : min 0 et max 6

  1. Etude du retard à l’établissement du courant

Pour lancer l’acquisition il suffira d’appuyer sur la touche F10. L’acquisition commence dès l’instant où la tension EA0 devient supérieur à 0,1 (paramétrer par le déclenchement de la source), c’est à dire dès l’instant où on ferme l’interrupteur.

acquisition

1

2

3

4

r (en W)

1000

200

50

50

L (en H)

1

1

1

0,5

Attention : prenez soin de bien identifier chaque nouvelle courbe en indiquant son numéro d’acquisition. Veillez également à faire l’acquisition 4 en dernier.

Interprétation :

Constater que dans tous les cas la tension aux bornes du conducteur ohmique (et donc aussi i) ne prend pas sa valeur maximale dès la fermeture du circuit. On peut distinguer un régime transitoire puis un régime permanent. La durée du régime transitoire est appelé durée d'établissement du courant.

  1. En comparant judicieusement les courbes (dire lesquelles), répondre aux questions suivantes :
  1. Comment la durée d'établissement du courant évolue t-elle quand r, et donc R, augmentent ?
  2. Comment la durée d'établissement du courant évolue t-elle quand L augmente ?
  1. En déduire la bonne affirmation parmi les propositions suivantes :
  1. La durée d'établissement du courant augmente quand le produit RL augmente.
  2. La durée d'établissement du courant augmente quand le rapport R/L augmente.
  3. La durée d'établissement du courant augmente quand le rapport L/R augmente.
  1. Etudions le cas n°4
  1. Quelles seraient les valeurs de l'intensité I et de la tension ur si la bobine se comportait comme une simple conducteur ohmique de résistance rb ?
  2. Quelle est la valeur de ur en régime permanent d'après la courbe 4 ? Comparer avec la valeur précédente.
  3. Conclure : comment la bobine se comporte-t-elle en régime permanent ?
  4. Justifier la phrase : " La bobine provoque un retard à la fermeture du circuit ".

4. Etude de l’intensité au cours du régime transitoire – constante de temps

On étudie toujours le cas n°4 (r=50 W et L=0,5 H). On se propose de tracer la courbe i(t) dans une nouvelle fenêtre.

  1. On souhaite calculer puis visualiser l’évolution de i(t) dans la fenêtre 2 :

- onglet courbe : demander i, cocher fenêtre 2

- onglet fenêtres : cliquer sur 2 puis indiquer l’échelle en Y: totalité
  1. Faire tracer la tangente particulière à la courbe i(t) pour t très grand (tangente parallèle à l’axe des abscisse). Quelle est son équation ? Quelle devrait être son équation d'après les conclusions du 3.ii) ?

    c. Faire tracer la tangente à la courbe i(t) à la date t=0 date de fermeture du circuit. Pointer à la souris le point d'intersection de         cette tangente avec la droite précédente. Indiquer la valeur de l'abscisse de ce point sur la courbe :

  1. La constante de temps t d’un circuit RL est égale au rapport L/R où L est l’inductance de la bobine et R la résistance totale du circuit. Calculer pour l’acquisitions 4 la valeur de cette constante.
  2. Comparer cette valeur calculée à la valeur obtenue à la question c). Faire un calcul d’erreur.
  3. Vérifier, par la même méthode, que l’on peut également obtenir la constante t à partir de la courbe ur(t)
  4. A partir des courbes obtenues, vérifier que ur (t) et i(t) atteignent 63% de leur valeur en régime permanent, au bout d’un temps égal à t.
  5. Donner un ordre de grandeur du temps nécessaire à l’établissement du régime permanent. Comparer cette valeur à 5t.
  6. Sur le graphe i(t) indiquer clairement le régime transitoire et le régime permanent.
  1. RETARD A L'OUVERTURE DU CIRCUIT

Matériel

Par groupe de 2 élèves:

Au bureau :

Sur chariot, le montage du retard à l'établissement du courant (voir schéma ci-dessous) :

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