Loi Bobine Électrique
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La loi de la bobine électrique regroupe les principes physiques gouvernant le comportement d’une inductance dans un circuit : la loi de Faraday (la force électromotrice induite est proportionnelle à la variation du flux magnétique, f.é.m. = −N × dΦ/dt) et la loi de Lenz (le courant induit s’oppose toujours à la variation de flux qui le crée). En pratique, une bobine s’oppose aux variations de courant, stocke de l’énergie dans son champ magnétique et génère des surtensions dangereuses lors de sa coupure brutale.
Caractéristiques d’inductances courantes en installation électrique
| Composant | Inductance typique | Usage / remarque |
|---|---|---|
| Bobine de démarrage moteur 2,2 kW | 50 à 100 mH — R ≈ 2 à 5 Ω | Limitation du courant d’appel au démarrage |
| Inductance de mode commun (filtre CEM) | 1 à 100 mH selon fréquence de coupure | Filtre les perturbations haute fréquence sur alimentation |
| Transformateur de courant (TC) | Inductance très élevée (primaire) | Mesure de courant fort — ne jamais ouvrir le secondaire en charge |
| Bobine d’alimentation à découpage | 10 à 1 000 µH à 20-200 kHz | Stockage d’énergie dans les convertisseurs DC/DC |
| Contacteur 230 V AC (bobine) | Quelques henrys | Requiert une varistance ou diode RC en parallèle |
Surtension à la coupure : un risque concret
La relation fondamentale V = L × di/dt montre que toute coupure rapide d’un courant dans une inductance génère une surtension proportionnelle à la vitesse de coupure. Exemple concret : couper 10 A en 1 ms dans une inductance de 100 mH produit une surtension de 1 000 V — bien au-delà du seuil de claquage d’un composant 230 V standard.
Cette surtension, appelée kick inductif, est la première cause de destruction des transistors de commutation, des contacts de relais et des bobines de contacteurs. Les solutions de protection sont :
- Diode de roue libre (diode flyback) : montée en antiparallèle sur la bobine DC, elle absorbe l’énergie lors de la coupure. Simple et efficace pour les bobines DC (contacteurs, solénoïdes).
- Varistance (MOV) : montée en parallèle sur la bobine AC, elle clipe la surtension à un niveau prédéfini. Utilisée sur les bobines de contacteurs 230 V AC.
- Circuit RC d’amortissement (snubber) : absorbent les oscillations haute fréquence lors de commutations rapides (convertisseurs à découpage).
Énergie stockée et temps de décharge
L’énergie stockée dans une bobine vaut E = L × I² / 2. Pour un moteur de 7,5 kW dont l’inductance de stator est de 200 mH et le courant nominal de 15 A, l’énergie stockée atteint 22,5 J — comparable à l’énergie cinétique d’un objet de 1 kg lancé à 6,7 m/s. Cette énergie doit se dissiper lors de l’arrêt, d’où l’importance des résistances de freinage sur les variateurs de vitesse. Pour approfondir la protection des circuits, voir la norme NF C 15-100.
Questions fréquentes
- Pourquoi les disjoncteurs magnéto-thermiques ont-ils un seuil magnétique ?
- Le déclenchement magnétique (instantané) intervient lors d’un court-circuit franc, où le courant monte très rapidement (di/dt élevé). La bobine magnétique du disjoncteur réagit à ce di/dt plutôt qu’au seul niveau de courant, ce qui lui permet de déclencher en moins de 10 ms et de limiter l’énergie dissipée dans le défaut.
- Peut-on mesurer l’inductance d’une bobine avec un multimètre ordinaire ?
- La plupart des multimètres bas de gamme ne mesurent pas l’inductance. Il faut un LCR-mètre ou un multimètre avec fonction L. À défaut, on peut estimer l’inductance en mesurant la tension et le courant en AC à fréquence connue : L = (U/I) / (2π × f), en déduisant la résistance ohmique préalablement mesurée en DC.
- Qu’est-ce que le facteur de qualité Q d’une bobine ?
- Le facteur Q = L × ω / R mesure le rapport entre l’énergie réactive stockée et l’énergie dissipée par cycle. Une bobine avec Q = 100 à 1 kHz stocke 100 fois plus d’énergie qu’elle n’en dissipe par cycle : elle est très peu résistive, idéale pour un filtre sélectif. À l’inverse, Q < 10 indique une bobine à forte résistance série, adaptée aux applications de limitation de courant.
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