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Circuit RL : à quelle vitesse le courant s'établit-il dans une bobine ?

Calculez la constante de temps τ = L/R d'un circuit résistance-bobine, le courant et la tension aux bornes de la bobine à un instant donné, et l'énergie magnétique stockée.

Mis à jour le
Vos paramètres
Phase
V

Valeur hors limites

Ω

Valeur hors limites

Valeur hors limites

ms

Valeur hors limites

Résultats

Constante de temps τ = L/R

5,000 ms

Courant à cet instant

39,56 mA

Toujours en régime transitoire
Part du courant de régime permanent
33,0 %
Tension aux bornes de la bobine
8,044 V
Courant de régime permanent V/R
120,00 mA
Énergie stockée dans la bobine à cet instant
0,3913 mJ
Temps pour atteindre 99 % (environ 4,6τ)
23,026 ms

Une bobine s’oppose au changement

Une bobine (ou inductance) est un enroulement de fil. Le courant qui la traverse crée un champ magnétique, et toute variation de ce courant induit une tension qui s’oppose à la variation. Placez une bobine en série avec une résistance et une source de tension : le courant ne peut pas atteindre d’un coup sa valeur finale, il monte selon une courbe régulière. Coupez la source, et il décroît de la même façon.

Les formules

La constante de temps fixe le rythme :

τ = L ÷ R

À l’établissement, avec une source de tension E :

  • Courant : i(t) = (E ÷ R) × (1 − e^(−t/τ))
  • Tension aux bornes de la bobine : u(t) = E × e^(−t/τ)

À la coupure, quand la bobine se décharge dans la résistance :

  • Courant : i(t) = (E ÷ R) × e^(−t/τ)

L’énergie stockée dans le champ magnétique vaut W = ½ L i².

Exemple chiffré

Une bobine de 500 mH en série avec 100 Ω sous 12 V :

  • Constante de temps : 0,5 ÷ 100 = 5 ms.
  • Courant final : 12 ÷ 100 = 120 mA.
  • 2 ms après la fermeture : i = 120 × (1 − e^(−0,4)) = 39,56 mA, soit 33 % du courant final.
  • La bobine supporte encore 8,044 V à cet instant ; la résistance prend les 3,956 V restants.
  • Énergie stockée à 2 ms : 0,39 mJ, puis 3,6 mJ en régime permanent.
  • Le courant atteint 99 % de sa valeur finale au bout de 4,6τ, soit 23 ms.

Repères

Temps Établissement Coupure
1τ 63,2 % 36,8 %
2τ 86,5 % 13,5 %
3τ 95,0 % 5,0 %
5τ 99,3 % 0,7 %

On retient souvent qu’au bout de 5τ le régime permanent est atteint.

Où les circuits RL interviennent

  • Relais et électrovannes mettent quelques millisecondes à coller, le temps que le courant s’établisse.
  • À la coupure d’une charge inductive, la variation brutale du courant crée une surtension, u = L di/dt. Une diode de roue libre ou un circuit d’amortissement protège l’interrupteur. Le même phénomène produit l’étincelle des bougies via la bobine d’allumage.
  • Alimentations à découpage : une bobine stocke de l’énergie à chaque cycle et la restitue à la sortie.
  • Filtres : un circuit RL laisse passer les basses fréquences et atténue les hautes, avec une fréquence de coupure R ÷ (2πL).

Remarques pratiques

Une bobine réelle a sa propre résistance de fil, qui s’ajoute à R et raccourcit τ. Les bobines à noyau de fer saturent aussi à fort courant, ce qui fait chuter L. Pour un circuit RC, où un condensateur se charge à travers une résistance, la constante de temps vaut R × C, et c’est la tension, et non le courant, qui suit la même courbe.

Questions fréquentes

Quelle est la constante de temps d'un circuit RL ?

τ = L ÷ R, en secondes si L est en henrys et R en ohms. Au bout d'une constante de temps, le courant atteint 63,2 % de sa valeur finale à l'établissement, ou tombe à 36,8 % à la coupure. Au bout de cinq constantes de temps, il est à moins de 1 % de sa valeur finale.

Pourquoi une bobine ralentit-elle le courant ?

Un courant qui varie modifie le champ magnétique de la bobine, ce qui induit une tension qui s'oppose à cette variation (loi de Lenz). À la fermeture de l'interrupteur, la bobine encaisse toute la tension de la source et le courant part de zéro ; la tension décroît ensuite pendant que le courant tend vers V ÷ R.

Pourquoi met-on une diode aux bornes d'un relais ?

Si l'on coupe brutalement le courant d'une bobine, elle tente de le maintenir et peut produire une surtension de plusieurs centaines de volts qui détruit les transistors. Une diode de roue libre aux bornes de la bobine offre au courant un chemin pour décroître progressivement.

Quelle énergie stocke une bobine ?

W = ½ L I². Une bobine de 500 mH parcourue par 120 mA stocke 0,5 × 0,5 × 0,12² = 3,6 mJ. Cette énergie est restituée quand le courant diminue : c'est le principe des bobines d'allumage et des convertisseurs élévateurs.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.