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Le graphique suivant montre trois courbes. Laquelle des courbes correspond au courant dans la bobine d’une machine à courant continu en fonctionnement moteur ? (A) Courbe I, (B) courbe II, (C) courbe III, ou (D) aucune des réponses n’est correcte.
Dans cette question, on nous donne un graphique avec trois courbes correspondant à un courant sur une période de temps. Nous devons déterminer laquelle de ces courbes correspond au courant dans la bobine d’une machine à courant continu en fonctionnement moteur.
Tout d’abord, rappelons-nous ce qu’est une machine à courant continu en fonctionnement moteur. Comme son nom l’indique, une machine à courant continu en fonctionnement moteur utilise un courant continu pour générer de l’énergie mécanique. Une machine à courant continu en fonctionnement moteur est constituée d’une bobine de fil dans un champ magnétique. La bobine est connectée à l’alimentation en courant continu à l’aide d’un commutateur et de deux balais. Quand il y a un courant dans la bobine de fil, la bobine et le commutateur tourneront dans le champ magnétique. Les balais permettent au commutateur de tourner tout en restant en contact avec le circuit externe.
Pour répondre à cette question, nous devons déterminer comment le courant dans la bobine du moteur varie avec le temps et comment cela serait représenté sur un graphique. Nous avons déjà dit que le moteur est alimenté par une source de courant continu. Un courant continu ne change ni en intensité ni en direction. Il a simplement une valeur constante, qui ne change pas avec le temps. Si nous devions représenter un courant continu sur une courbe de courant en fonction du temps, cela ressemblerait à ceci: une droite horizontale, correspondant à la valeur du courant, que nous avons appelée 𝐼.
Cependant, nous devons être prudents ici. On ne nous interroge pas sur le courant fourni par la source d’alimentation. On nous interroge sur le courant dans la bobine réelle du moteur. Pour comprendre pourquoi ces courants ne sont pas les mêmes, nous devons penser à ce qui se passe au commutateur lorsque la bobine tourne.
Pour rendre cette image plus facile, zoomons sur le commutateur, la bobine et les balais d’une machine à courant continu en fonctionnement moteur. Nous allons également coder en couleur les différentes parties, comme ceci. Nous pouvons voir que la moitié rose du commutateur est connectée au balai rose, et la moitié bleue du commutateur est connectée au balai bleu. Nous colorerons également ce côté de la bobine en bleu et ce côté de la bobine en rose. Étiquetons également le courant. Nous dirons qu’un courant continu d’amplitude 𝐼 vient dans cette direction, à travers le pinceau bleu. Si nous continuons le chemin du courant autour de la bobine, nous pouvons voir que le courant passe dans l’écran par le bord bleu, autour, puis hors de l’écran par le bord rose. Le courant passe ensuite à travers le pinceau rose.
Voyons maintenant ce qui se passe lorsque la bobine a tourné d’un demi-tour. Les balais ne bougent pas, mais lorsque la bobine tourne, le commutateur tourne également. Ainsi, le pinceau bleu est connecté à la moitié rose du commutateur, et le pinceau rose est connecté à la moitié bleue du commutateur. Encore une fois, dessinons le chemin du courant. L’alimentation n’a pas changé, donc le courant passera toujours par le balai bleu, autour de la bobine et sortira par le balai rose. Cependant, il y a quelque chose d’important à noter au sujet du courant dans la bobine réelle. Comparons la direction du courant dans le bord bleu de la bobine dans les deux schémas.
Dans le premier schéma, nous avons dessiné notre courant à l’écran. Dans le deuxième schéma, nous avons dessiné notre courant hors de l’écran. Ainsi, le courant dans le bord bleu a en fait inversé la direction. Il en va de même pour le courant dans le bord rose de la bobine. Dans le premier schéma, le courant dans le bord rose est hors de l’écran, et dans le deuxième schéma, il est dans l’écran. Ainsi, le courant dans la bobine est inversé. Cela se produit parce que, lorsque la bobine tourne, les connexions entre les balais et les deux parties du commutateur s’inversent tous les demi-tours. Cela provoque le changement de direction du courant dans la bobine, même si le courant de l’alimentation ne change pas. Notez que l’intensité du courant dans la bobine ne change pas, seule la direction dans laquelle elle se déplace.
Alors, comment pourrions-nous dessiner un graphique qui montre comment le courant dans la bobine varie avec le temps? Disons que le courant dans la bobine se déplace initialement dans le sens positif. Nous le représenterions par une droite horizontale correspondant à la valeur de 𝐼 positif. Cependant, après un certain temps, ce courant s’inverse, il commence donc à se déplacer dans le sens négatif. Le courant devient alors égal à moins 𝐼. Nous allons dessiner cela comme une droite horizontale, correspondant à la valeur de moins 𝐼. Le courant s’inverse à nouveau et revient à plus 𝐼. Donc, voici à quoi devrait ressembler notre graphique du courant dans la bobine: des sections de droites horizontales qui alternent entre le fait de se trouver au-dessus de l’axe et en dessous de l’axe.
Si nous regardons le graphique qui nous est donné par la question, nous voyons que le graphique que nous avons dessiné ne correspond à aucune des options. La courbe II est une courbe horizontale droite, mais elle est toujours au-dessus de l’axe, ce qui signifie qu’elle correspond à un courant qui ne se déplace que dans une seule direction. Donc, la courbe II ne peut pas être correcte. La courbe I montre également un courant qui ne se déplace que dans le sens positif. Cela représente également un courant d’une amplitude variable. Nous savons que cela ne peut pas être vrai non plus. La courbe III montre un courant qui inverse périodiquement la direction, mais encore une fois, l’intensité de ce courant change. Ainsi, nous pouvons également éliminer cette option.
Donc, la bonne réponse à cette question doit être l’option (D). Aucune des réponses n’est correcte.
