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Condensateur

Les condensateurs sont présentés dans le tutoriel Fondamentaux de l’électrotechnique. Veuillez relire ce chapitre au préalable. Le comportement de la tension et du courant dans un condensateur est décrit de manière intuitive dans ce chapitre.

Pour le condensateur, on a :

\[ \begin{gathered} u_C = U_{C0} + \frac{1}{C} \int i_C(t)\,dt \\[6pt] i_C(t) = C \cdot \frac{du(t)}{dt} \end{gathered} \]

En électronique de puissance, les condensateurs servent à lisser des tensions. Si le courant varie fortement en un point d’un circuit, la tension y varie souvent elle aussi fortement. Si le courant traverse une résistance, la tension varie de ΔU = R ∙ ΔI. Les condensateurs font en sorte que la tension ne varie que peu malgré une forte variation de courant. Il existe deux façons de comprendre cet effet de lissage :

Pour que la tension d’un condensateur varie selon dU/dt, du courant doit y entrer ou en sortir. Le courant du condensateur est proportionnel à la variation de tension, c’est-à-dire à la dérivée de la tension du/dt. Plus la tension varie, plus le courant doit être important. Plus la capacité C est grande, plus il faut de courant par variation de tension. Pour un courant donné, la tension varie donc moins avec une grande capacité qu’avec une petite.

Lorsque du courant est prélevé d’un condensateur ou y entre, la tension varie selon l’équation intégrale. La variation de tension due à ce courant est proportionnelle à l’intégrale – c’est-à-dire à la somme – du courant. Plus le courant est important, plus la variation de tension est grande. Le facteur 1/C fait que la tension varie moins lorsque la capacité C est plus grande.

Revenons ensuite à l’analogie du condensateur comme réservoir d’eau. Le courant électrique correspond à l’arrivée ou à l’écoulement de l’eau. La tension correspond au niveau, et la capacité à la surface de base du réservoir. Lorsque de l’eau entre dans le réservoir ou en sort par unité de temps, le niveau varie d’autant moins que la surface de base du réservoir est grande. Pour un même débit, la hauteur d’eau d’une piscine varie moins que celle d’un verre d’eau. En électronique de puissance, nous utilisons des condensateurs de la taille d’une piscine, pour que l’arrivée ou l’écoulement d’eau (courant) influence le moins possible le niveau (tension).

Si nous prévoyons une grande capacité C, un condensateur fait en sorte, dans un circuit, que la tension ne varie que peu, même si le courant varie fortement. Gardez ce comportement à l’esprit en poursuivant le tutoriel.