Qu'est-ce qu'une inductance et comment fonctionne-t-elle (faits que vous ne devez JAMAIS oublier) | EEP

Inductance, qu’est-ce que c’est?

Nous avons tous entendu le terme Inductance de nombreuses fois, mais de quoi s’agit-il ? Eh bien, c’est un élément passif conçu pour stocker de l’énergie dans son champ magnétique. Les inducteurs trouvent de nombreuses applications dans les systèmes électroniques et de puissance. Ils sont utilisés dans les alimentations, les transformateurs, les radios, les téléviseurs, les radars et les moteurs électriques.

Qu’est-ce qu’un inducteur et comment il fonctionne – des faits que vous ne devez JAMAIS oublier (crédit photo : Tamara Kwan via Flickr)

Tout conducteur de courant électrique a des propriétés inductives et peut être considéré comme un inducteur.

Mais afin d’augmenter l’effet inductif, un inducteur pratique est généralement formé en une bobine cylindrique avec de nombreuses spires de fil conducteur, comme le montre la figure 1.

Un inducteur est constitué d’une bobine de fil conducteur.

Figure 1 – Forme typique d’une inductance

Si on laisse passer le courant dans une inductance, on constate que la tension aux bornes de l’inductance est directement proportionnelle au taux de variation temporel du courant. En utilisant la convention de signe passif dans l’équation suivante (1):

où L est la constante de proportionnalité appelée l’inductance de l’inducteur. L’unité d’inductance est le henry (H), nommé en l’honneur de l’inventeur américain Joseph Henry (1797-1878). Il est clair, d’après l’équation ci-dessus, que 1 henry est égal à 1 volt-seconde par ampère.

A la vue de l’équation ci-dessus, pour qu’une inductance ait une tension à ses bornes, son courant doit varier avec le temps. Par conséquent, v=0 pour un courant constant à travers l’inducteur.

L’inductance est la propriété par laquelle un inducteur présente une opposition au changement du courant qui le traverse, mesurée en henrys (H).

L’inductance d’un inducteur dépend de sa dimension physique et de sa construction. Les formules de calcul de l’inductance des inductances de différentes formes sont dérivées de la théorie électromagnétique et peuvent être trouvées dans les manuels standards d’ingénierie électrique.

Par exemple, pour l’inducteur, (solénoïde) montré dans la figure 1,

où :

N est le nombre de spires,
l est la longueur,
A est la surface de la section transversale, et
m est la perméabilité du noyau.

Nous pouvons voir à partir de l’équation ci-dessus que l’inductance peut être augmentée en augmentant le nombre de tours de la bobine, en utilisant un matériau avec une perméabilité plus élevée comme noyau, en augmentant la section transversale, ou en réduisant la longueur de la bobine.

Figure 2 – Différents types d’inducteurs : (a) inductance à enroulement solénoïdal, (b) inductance toroïdale, (c) inductance à puce

Comme les condensateurs, les inductances disponibles dans le commerce existent en différentes valeurs et différents types. Les inductances pratiques typiques ont des valeurs d’inductance allant de quelques microhenrys (mH), comme dans les systèmes de communication, à des dizaines de henrys (H) comme dans les systèmes de puissance. Les inducteurs peuvent être fixes ou variables. Le noyau peut être en fer, en acier, en plastique ou en air.

Les termes bobine et self sont également utilisés pour les inducteurs.

Les inducteurs courants sont représentés sur la figure 2 ci-dessus. Les symboles de circuit pour les inductances sont présentés à la figure 3, en suivant la convention de signe passive.

Figure 3 – Symboles de circuit pour les inductances : (a) noyau d’air, (b) noyau de fer, (c) noyau de fer variable

L’équation (1) est la relation tension-courant pour une inductance. La figure 4 montre cette relation graphiquement pour une inductance dont l’inductance est indépendante du courant. Une telle inductance est connue comme une inductance linéaire.

Pour une inductance non linéaire, le tracé de l’équation (1) ne sera pas une ligne droite parce que son inductance varie avec le courant.

Nous supposerons des inductances linéaires dans cet article technique.

Figure 4 – Relation tension-courant d’une inductance

La relation courant-tension est obtenue à partir de l’équation (1) comme:

L’intégration donne :

où i(t0) est le courant total pour -∞ < t < à et i(-∞) = 0. L’idée de rendre i(-∞) est pratique et raisonnable, car il doit y avoir un moment dans le passé où il n’y avait pas de courant dans l’inducteur.

L’inducteur est conçu pour stocker de l’énergie dans son champ magnétique. L’énergie stockée peut être obtenue à partir de l’équation (1). La puissance fournie à l’inducteur est :

L’énergie stockée est :

Si i(-∞) = 0,

Notes //

Nous devons noter les propriétés importantes suivantes d’un inducteur :

NOTE 1 //

Notez d’après l’équation 1 que la tension aux bornes d’une inductance est nulle lorsque le courant est constant.

Donc, une inductance agit comme un court-circuit au courant continu.

NOTE 2 //

Une propriété importante de l’inductance est son opposition au changement du courant qui la traverse. Le courant qui traverse une inductance ne peut pas changer instantanément.

Selon l’équation (1), un changement discontinu du courant qui traverse une inductance nécessite une tension infinie, ce qui n’est pas physiquement possible. Ainsi, une inductance s’oppose à un changement brusque du courant qui la traverse.

Par exemple, le courant à travers une inductance peut prendre la forme représentée sur la figure 5(a), alors que le courant de l’inductance ne peut pas prendre la forme représentée sur la figure 5(b) dans des situations réelles en raison des discontinuités. Cependant, la tension aux bornes d’une inductance peut changer brusquement.

Figure 5 – Courant à travers une inductance : (a) autorisé, (b) non autorisé ; un changement brusque n’est pas possible

NOTE 3 //

Comme le condensateur idéal, l’inducteur idéal ne dissipe pas d’énergie. L’énergie qui y est stockée peut être récupérée ultérieurement. L’inducteur prend de la puissance au circuit lorsqu’il stocke de l’énergie et fournit de la puissance au circuit lorsqu’il restitue l’énergie précédemment stockée.

NOTE 4 //

Un inducteur pratique, non idéal, a une composante résistive significative, comme le montre la figure 6. Ceci est dû au fait que l’inducteur est fait d’un matériau conducteur tel que le cuivre, qui a une certaine résistance.

Puisqu’un inducteur est souvent fait d’un fil très conducteur, il a une très petite résistance.

Figure 6.26 – Modèle de circuit pour un inducteur pratique

Cette résistance est appelée la résistance d’enroulement Rw, et elle apparaît en série avec l’inductance de l’inducteur. La présence de Rw en fait à la fois un dispositif de stockage d’énergie et un dispositif de dissipation d’énergie. Comme Rw est généralement très faible, elle est ignorée dans la plupart des cas. L’inducteur non idéal a également une capacité d’enroulement Cw due au couplage capacitif entre les bobines conductrices.

Cw est très petit et peut être ignoré dans la plupart des cas, sauf aux hautes fréquences. Nous n’avons supposé que des inducteurs idéaux dans cet article.

Qui était Joseph Henry?

Joseph Henry (1797-1878), physicien américain, a découvert l’inductance et construit un moteur électrique. Né à Albany, dans l’État de New York, Henry est diplômé de l’Académie d’Albany et a enseigné la philosophie à l’Université de Princeton de 1832 à 1846.

Il fut le premier secrétaire de la Smithsonian Institution. Il a mené plusieurs expériences sur l’électromagnétisme et a développé de puissants électro-aimants capables de soulever des objets pesant des milliers de livres. Fait intéressant, Joseph Henry a découvert l’induction électromagnétique avant Faraday mais n’a pas réussi à publier ses résultats.

L’unité d’inductance, le henry, a été nommée d’après lui.

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