Les selfs ou inductances

Champ magnétique d'un courant

Tout conducteur parcouru par un courant électrique est entouré d'un champ magnétique.
Ce phénomène est mis en évidence en plaçant une boussole au voisinage d'un fil électrique parcouru par un courant continu. L'aiguille de la boussole tend à se placer perpendiculairement au conducteur.

L'importance du champ magnétique ainsi que son sens dépend de l'intensité et du sens du courant électrique.

Ce sens pourrait être déterminé avec le tire-bouchon de Maxwel. Il tourne dans le sens de l'induction magnétique tout en avançant dans le sens du courant électrique.

Champ magnétique d'une bobine

L'effet du champ magnétique est amplifiée si, tout en gardant le même courant, on donne au fil la forme d'une spire ou mieux d'une bobine composée de plusieurs spires jointives.

Le courant qui parcourt la bobine crée un champ magnétique que l'on se représente comme un certain nombre de lignes de forces. L'intensité du champ magnétique est proportionnelle à l'intensité du courant et au nombre de spires de la bobine.

Le flux magnétique est encore intensifié si on place dans la bobine un noyau ferromagnétique.

Inductance

L'efficacité d'une bobine est une grandeur que l'on appelle inductance. Le symbole de cette grandeur est la lettre L. L'unité d'inductance est le henry (H) les électroniciens utilisent le millihenry (mH) le microhenry (µH) ou le nanohenry (nH). Cette grandeur est cependant rarement utile si vous ne faites que de l'électronique digitale.
Une bobine aura une inductance d'autant plus grande que le nombre de spires est important. Elle dépend aussi de la qualité du circuit magnétique que constitue le noyau.

L'induction électromagnétique

Nous savons qu'un courant électrique génère un champ magnétique. Courant électrique et champ magnétique sont deux phénomènes qui vont toujours de pair. Ils sont indissosiables.

Courant électrique   ➔   Champ magnétique

Inversement, les variations de champ magnétique induisent des tensions dans les conducteurs avoisinants. Quand ces conducteurs forment des circuits, les tensions induites donnent lieu à des courants appelés à leur tour courants induits. Le sens du courant induit est tel qu'il s'oppose à la variation de flux. (Loi de Lenz)

Variation de champ magnétique   ➔   Courant induit

L'alternateur est une application pratique de ce principe. Le rotor de l'alternateur est un aimant qui tourne (variation du champ magnétique) en présence d'une bobine fixe. Celle-ci devient le siège d'un courant induit, tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre, suivant que c'est le pôle nord ou le pôle sud de l'aimant qui passe devant elle.

Self-induction

Toute variation de flux magnétique engendre dans un circuit un courant, c'est l'induction.
Si nous faisons varier le courant dans un conducteur, cela génère une variation de flux qui à son tour va induire un courant électrique. Le sens de ce courant induit s'oppose à la variation de flux. Le courant induit s'oppose donc à la variation du courant initial.

Pratiquement, cela signifie qu'au moment où l'on veut faire passer du courant dans une bobine, un phénomène de self-induction va momentanément repousser le courant qu'on lui impose. Celui-ci finira bien par s'établir mais avec un peu de retard.
Inversement, on observe des étincelles quand on coupe le courant dans un circuit qui contient une bobine car le courant tente de se prolonger pour s'opposer aux variations de champ magnétique dans la bobine.

Les selfs de choc sont utilisées pour bloquer les brusques variations là où le courant doit être parfaitement continu ou pour empêcher que des pointes de courants parasites induits dans les conducteurs ne perturbent les signaux qu'ils transportent.
Les anneaux de ferrite que l'on place autour de certains câbles renforcent l'effet d'auto-induction pour limiter ce type de perturbation.

Loi d'Ohm pour une self

- En courant continu

La self ne réagit que lors de l'établissement et la rupture du courant.
Une fois que le courant est établi, la self pure ne s'oppose plus à son passage. (Par self pure on entend une bobine dont le fil a une résistance quasi nulle)

- En courant alternatif

On a vu que la self s'oppose aux variations de l'intensité. Le propre du courant alternatif étant de fluctuer, vous comprendrez pourquoi on dit que la self s'oppose au courant alternatif.
Elle le fait avec une certaine "impédance" Z qui s'exprime en Ohm et est proportionnelle à la fréquence du courant alternatif et à l'inductance L.

Nous avons vu que le courant réagit toujours en retard par rapports aux fluctuations de la tension. En toute rigueur, il faudrait donc préciser que le courant dans un self est déphasé par rapport à la tension mais ne compliquons pas de trop ...

Comparaison  : self et condensateur

En étudiant les bobines on s’aperçoit qu’un parallèle peut être fait entre les comportements des inductance et des capacités.

- En courant continu ➔ Accumulation et restitution d'énergie

Les bobines comme les condensateurs sont des composants qui stockent et restituent l’énergie :

• Stockage d'énergie sous la forme d’un champ électrique pour les condensateurs.
  
• Stockage d'énergie sous la forme d'un champ magnétique pour les bobines.

Les condensateurs stockent l’énergie sous la forme d’un champ électrique. Ce champ est dû aux charges électriques qui s’accumulent de part et d’autre du diélectrique. Lorsqu’on coupe l’alimentation d’un condensateur, la quantité d’électricité emmagasinée prolonge la présence de la tension. On dit que « les condensateurs s’opposent aux variations de tension ».

Les selfs stockent l’énergie sous la forme d’un champ magnétique. Surtout si le noyau de la bobine est un matériau magnétique.
Lors de la coupure du courant dans une bobine, le champ magnétique en disparaissant va induire une tension qui va tendre à prolonger le courant interrompu. Parfois d'ailleur, on observe un arc électrique au niveau des contacts. C’est ce qui nous fait dire que les bobines s’opposent aux variations de courant.

- En courant alternatif ➔ Impédance

Les bobines et les condensateurs laissent passer le courant mais en limitant l’intensité par ce qu'on appelle l'impédance. Cette grandeur, représentée par la lettre Z, se mesure en ohms comme pour les résistances. On la retrouve dans des formules semblables à celle de la loi d’Ohm vue précédemment mais avec Z à la place R : :

U = Z . I       Z = U / I       I = U / Z

Dans le cas des selfs pures (résistance négligeable) et des condensateurs, cette entrave au passage du courant ne s’accompagne ni d’un échauffement ni d’une dépense d’énergie comme c’est le cas pour les résistances.

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P et cos &phi

Nous avions vu qu'en alternatif la puissance dissipée par un circuit se calcule par la formule P = U.I.cos φ
cos φ est le "facteur de puissance" il dépend du déphasage entre le courant I et la tension U. Pour un circuit purement résistif, le déphasage entre U et I est nul. Cos φ vaut donc 1 et la puissance peut donc alors se calculer exactelent comme en courant continu : P = U.I

Dans le cas d'un circuit purement selfique ou capacitif, U et I sont en quadrature. Ils déphasés d'un quart de période. Le facteur de puissance cos &phi vaut alors zéro et la puissance dissipée est nulle.

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Pour en savoir plus

Techno-science.net / Bobine

sonelec-musique.com / Self / Inductance / Bobine