CONFIGURATION DES CIRCUITS ÉLECTRIQUES
Mesurer des paramètres électriques dans un circuit comprenant une seule charge résistive est simple, n’est-ce pas? Mais que se passe- t-il lorsque le circuit électrique en comprend plusieurs?
Dans vos activités d’électricien, vous serez amené à travailler sur divers circuits industriels et électroniques qui comprennent plusieurs charges. Sachez que le nombre de composants et la façon de les raccorder entre eux influencent le comportement des paramètres électriques d’un circuit. Regardez attentivement les schémas des circuits ci-contre. Vous y reconnaîtrez trois résistances reliées à une source de tension, mais agencées selon différentes configurations : on distingue en effet trois types de circuits, soit un circuit en série, un circuit en parallèle et un circuit mixte. Chaque type de circuit possède ses propres caractéristiques qu’il importe de bien connaître. Dans ce chapitre, vous apprendrez à les reconnaître, à les analyser, à calculer leur résistance et à la mesurer. En outre, des exercices pratiques vous permettront de réaliser différents types de montages en série, en parallèle et mixtes. Vous serez ainsi plus apte à découvrir les causes du mauvais fonctionnement des appareils électriques et à vérifier l’état d’un circuit. Pour simplifier votre tâche, nous nous limiterons, dans ce chapitre, aux seules charges résistives. Examinons maintenant en détail chacune de ces configurations.
Circuit résistif série
Dans un circuit résistif série, les résistances sont reliées bout à bout. Chaque extrémité d’un élément du circuit est connectée à l’extrémité d’un autre élément. Cette configuration n’offre qu’un seul chemin (une boucle) au passage du courant électrique. Ainsi, comme le montre la figure ci-contre, dans ce type de configuration, un courant unique circule et traverse l’ensemble des résistances du circuit.
Calcul de la résistance équivalente
Lorsque plusieurs résistances sont en série, elles peuvent être remplacées par une seule et unique résistance qu’on appelle résistance équivalente (R eq) ou résistance totale (Rt). Sa valeur est égale à la somme des valeurs des résistances qui composent le circuit série. La formule pour calculer la résistance équivalente est donc la suivante :
Par conséquent, plus on ajoute de résistances à un circuit série, plus on augmente l’opposition au passage du courant. L’exemple suivant vous montre comment appliquer cette formule.
Solution :
Effet d’un court-circuit et d’un circuit ouvert
Un court-circuit aux bornes d’une résistance correspond à la suppression de son effet dans un circuit (R = 0 Ω). Le fait de court-circuiter une ou plusieurs des résistances d’un circuit série diminue donc sa résistance totale ou équivalente. Ainsi, cette résistance équivalente sera réduite de la valeur de la résistance court-circuitée. En général, la résistance totale conserve une certaine valeur, à moins que tous les éléments du circuit soient court-circuités. Cette dernière situation est bien évidemment à éviter.
Un circuit ouvert est une coupure dans un circuit. Dans un circuit série, une coupure a pour effet d’interrompre le passage du courant. En conséquence, la résistance équivalente d’un circuit ouvert devient très, très élevée.
Applications des circuits série
Voici quelques exemples d’applications de circuits série couramment utilisés dans votre métier.
Détection d’intrusion par les systèmes d’alarme
Dans les circuits des systèmes d’alarme, on place généralement plusieurs détecteurs en série avec une résistance de fin de ligne (RFL). En l’absence d’intrusion (mode veille), chaque détecteur est normalement fermé. Le circuit complet est donc fermé. Le courant y circule et est limité par la résistance de fin de ligne. Si un détecteur est actionné, il s’ouvre, ce qui interrompt la circulation du courant et provoque le déclenchement de l’alarme. On utilise cette procédure, car si un intrus repère et coupe un conducteur, l’alarme se déclenche immédiatement.
Composition d’une résistance
Supposons que vous vouliez installer une résistance d’une valeur de 3 kΩ dans un circuit, alors que vous ne disposez que de résistances individuelles de 1 kΩ. La solution est simple, n’est-ce pas ? Vous n’avez qu’à joindre en série trois résistances de 1 kΩ.
Résistance minimale de sécurité (avec potentiomètre)
En l’absence de dispositif de sécurité, les circuits qui comportent un potentiomètre peuvent être à l’origine de courts-circuits si ce dernier est réglé à sa valeur minimale. Pour éviter cette situation, il est donc préférable de toujours placer le potentiomètre en série avec une résistance de sécurité (de valeur assez faible). La résistance de sécurité offre ainsi un minimum de résistance au circuit dans le cas où la valeur du potentiomètre est réglée à 0 Ω.
Système de contrôle de machines industrielles
On trouve fréquemment des branchements d’éléments en série dans des applications de contrôle industriel, particulièrement lorsqu’au moins deux éléments doivent être activés pour déclencher une action. C’est le cas, par exemple, du système d’alimentation du moteur illustré ci-dessous.
Circuit résistif parallèle
Dans un circuit résistif parallèle, chaque résistance est reliée à une autre par ses deux extrémités. La figure ci-dessous présente un circuit de trois résistances branchées en parallèle. Le courant qui y circule se divise dans chacune des branches du circuit, et la tension que l’on mesure aux bornes de chaque élément est identique à la tension de la source d’alimentation (E). Cette configuration présente la particularité de fournir à l’ensemble des éléments branchés une tension unique.
Calcul de la résistance équivalente
À l’instar des résistances des circuits série, toutes les résistances placées en parallèle peuvent être remplacées par une seule et unique résistance, la résistance équivalente (R eq) ou résistance totale (Rt). Toutefois, le calcul de cette résistance est plus complexe que dans le cas des résistances en série ; une calculatrice vous sera donc utile.
Pour calculer la résistance équivalente d’un circuit en parallèle (R eq ou Rt), on applique la formule générale ci-contre où n représente le nombre de résistances en parallèle dans le circuit.
L’exemple suivant vous montre comment appliquer la formule.
Effet d’un court-circuit et d’un circuit ouvert
Un court-circuit dans un circuit parallèle est assez désastreux. Lorsqu’une résistance est court-circuitée, tout le courant de la source est détourné et son intensité augmente très rapidement. En pratique, cette situation provoque l’ouverture du dispositif de protection (fusible ou disjoncteur) chargé d’interrompre la circulation du courant en cas de surintensité.
Un circuit ouvert dans un système parallèle a pour effet de couper l’alimentation des éléments qui sont situés en aval de l’ouverture. Il peut s’agir d’une seule résistance dans une branche (dérivation) ou d’un ensemble de résistances dans une ligne. Dans les deux cas, la coupure d’alimentation se traduit par une augmentation de la résistance équivalente, ce qui entraîne une baisse du courant de la source.
Applications des circuits parallèles
La tension est la même dans tous les éléments branchés en parallèle. Cette caractéristique est mise à profit dans plusieurs applications. Pratiquement toute l’alimentation des circuits industriels est reliée en parallèle. On trouve ce type de branchement dans les circuits d’alimentation des systèmes d’éclairage et de chauffage, et dans les moteurs. On les voit surtout là où des éléments peuvent déclencher une action indépendamment de l’état des autres éléments. La figure ci-dessous montre un circuit utilisé pour actionner un moteur.
Circuit résistif mixte
Le circuit résistif mixte est une combinaison des deux configurations précédentes. Il possède donc à la fois des résistances reliées en série et d’autres montées en parallèle. C’est pourquoi on l’appelle aussi, parfois, « circuit série-parallèle ». Pour analyser ce type de circuit, vous devrez donc appliquer les notions relatives aux circuits en série et aux circuits en parallèle. La figure ci-dessous présente un circuit mixte dans lequel une résistance R1 est montée en série avec un groupe de deux résistances (R2 et R3) branchées en parallèle.
Calcul de la résistance équivalente
On peut, comme on le fait avec les circuits en série et les circuits en parallèle, calculer la résistance équivalente (ou totale) dans un circuit mixte. Toutefois, il n’existe pas de formule générale préétablie pour calculer cette résistance. Pour y parvenir, on doit d’abord simplifier le circuit mixte en isolant ses parties reliées en série et celles reliées en parallèle. Ensuite, il faut appliquer les formules associées à chaque type de configuration et calculer les résistances équivalentes de chacune des parties du montage. En décomposant le circuit méthodiquement, on obtient ainsi une seule résistance, la résistance équivalente (R eq). En règle générale, on procède par décomposition du circuit en commençant par les résistances qui sont les plus éloignées de la source.
Effet d’un court-circuit et d’un circuit ouvert
L’effet d’un court-circuit ou d’un circuit ouvert dans un circuit mixte est assez variable selon la section du montage où se produit le problème. Sachez, cependant, que les notions que vous avez apprises auparavant sur les circuits série et les circuits parallèles restent valables.
Applications des circuits mixtes
Les circuits mixtes se rencontrent principalement dans les circuits électroniques. Si ces derniers vous semblent complexes, souvenez-vous que ce ne sont que des combinaisons de petits circuits montés en série et en parallèle.
Des circuits mixtes se trouvent aussi fréquemment dans des applications de contrôle industriel. Vous aurez l’occasion de vous familiariser avec ces circuits dans d’autres modules. Toutefois, retenez que les dispositifs en série doivent tous être fermés pour pouvoir valider une action, tandis que dans un montage en parallèle, il suffit qu’une seule branche soit fermée pour que la commande soit transmise. La figure ci-dessous illustre un circuit mixte utilisé dans le système de contrôle d’un videur.
