LIngénierie électrique Ou le génie électrique 1. Lingénierie électrique Cest un domaine de...

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L’Ingénierie électrique

Ou le génie électrique

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L’ingénierie électrique

•C’est un domaine de l’ingénierie qui traite des multiples applications de l’électricité

•Les ingénieurs électriques développent et conçoivent▫des objets qui fonctionnent à l’électricité▫des systèmes électriques touchant la

production, le transport et l’utilisation d’énergie électrique

▫des systèmes de communication

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Les domaines de l’ingénierie électrique• En électricité

▫ les composantes électriques sont massives et robustes▫ les courants sont élevés et les appareils sont puissants

• En électronique▫Les composantes électroniques utilisent de faibles

intensités de courant▫Les pièces sont petites (miniaturisation importante)▫Le traitement de l’information exige une manipulation

plus fine et plus précise des courants▫Le silicium, un matériau semi-conducteur, est utilisé à

profusion dans les diodes et les transistors des circuits imprimés

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Les circuits électriques

•Ils sont constitués d’un ensemble de composantes et de conducteurs reliés en boucle à une source d’alimentation

•Le courant y circule de la borne + vers la borne – (sens conventionnel)

•On sait cependant que les électrons circulent dans le sens opposé (sens réel)

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Des composantes

•OBS p 460

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Le schéma électrique

•C’est une représentation symbolique montrant comment les différentes composantes du circuit sont assemblées ou reliées ensemble

•On y trouve beaucoup de symboles

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Courant continu vs courant alternatif• Le courant continu (cc)

▫dc pour direct current en anglais▫un courant dans lequel les charges électriques se

déplacent continuellement dans le même sens▫ les piles et les batteries

• Le courant alternatif (ca)▫ac pour alternating current en anglais▫un courant dans lequel les charges se déplacent

selon un mouvement de va-et-vient régulier▫ les centrales électriques et les génératrices)▫sa fréquence est de 60 Hz en Amérique du Nord▫plus facile à produire et à transporter sur de

longues distances

8Fonctions électrique

s

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•Une fonction électrique est un rôle joué par une composante dans le contrôle ou la transformation du courant électrique

•Chaque composante a sa raison d’être

définition

10Fonction alimentatio

n

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• C’est la fonction assurée par une composante d’un circuit électrique qui fournit l’énergie nécessaire au mouvement des charges électriques dans les fils et les éléments de circuit

• Il s’agit donc d’une source d’alimentation (source de courant ou de tension)

• Ces sources peuvent alimenter le circuit en courant continu ou en courant alternatif

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• La pile• La batterie• La génératrice• La prise de courant• La cellule

photovoltaïque

exemples

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•Elles produisent un courant continu (cc) en transformant l’énergie d’une réaction chimique en énergie électrique

•Elles alimentent les circuits des appareils portatifs (ipod, téléphone cellulaire, montre, appareil photo, etc.)

•Elles doivent être rechargées ou remplacées après un certain temps d’utilisation

•La batterie est constitué d’un ensemble de piles reliées en série ou en parallèle

1. Les piles et les batteries

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Des batteries

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•Elle transforme l’énergie mécanique en énergie électrique…▫une génératrice à essence▫la turbine d’un groupe turbine-alternateur

d’une centrale hydroélectrique▫la rotation des pales d’une éolienne

•La génératrice de type alternateur produit un courant alternatif

•La génératrice de type dynamo produit un courant continu

2. La génératrice

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Dynamo de bicyclette

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Génératrice à essence

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• Dispositif permettant de recevoir une fiche électrique provenant d’un appareil électrique et qui est relié à un réseau électrique de façon permanente

• La prise assure une alimentation pratique, stable et fiable en courant alternatif d’une fréquence de 60 Hz

• Cette énergie électrique provient principalement des centrales hydroélectriques et est générée par des groupes turbines-alternateurs

3. La prise de courant

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La Grande 1 (LG1)

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•Un dispositif qui, lorsqu’exposé à la lumière solaire, génère un courant électrique

•Peuvent alimenter des objets portatifs ou mobiles tels des calculatrices ou des automobiles

•Elles sont pratiques pour alimenter des régions éloignées (des chalets isolés), loin des réseaux électriques habituels, dans l’espace par exemple

•Leur fonctionnement est limité par l’ensoleillement

4. La cellule photovoltaïque (ou photoélectrique)

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Des panneaux solaires (assemblage de cellules photovoltaïques)

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• Leur rôle est de stocker des charges électriques (le condensateur se charge) et de les libérer subitement au moment voulu (le condensateur se décharge)

• Il s’agit d’un dispositif composé de 2 armatures conductrices (métalliques) séparées par un isolant (appelé le « diélectrique ») et qui a la capacité d’accumuler des charges électriques

• Ils sont en quelque sorte des réservoirs d’électricité• OBS 473 figure 14.22

Le condensateur STE

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Des condensateurs•La « capacité » d’un condensateur

s’exprime en « Farads »•

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Fonction conduction

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La conduction•Elle est assurée par

toute composante d’un circuit qui permet le passage du courant électrique

•Les fils électriques jouent ce rôle

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Les circuits imprimés

• Ils remplacent les fils encombrants dans des circuits qu’on veut miniaturiser

• Ils sont composés d’une plaquette (trouée) de matière plastique qui peut recevoir différentes composantes électriques et sur laquelle on a tracé un circuit complexe avec un métal conducteur (comme le cuivre)

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Des circuits imprimés

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Fonction isolation

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•Fonction assurée par toute composante qui empêche un courant électrique de passer

•Ces composantes préviennent les chocs électriques (pour les humains) et empêchent les courts-circuits

•Les gaines de plastique autour des fils, les embouts isolants dans les boîtes octogonales, etc.

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Isolants en céramique

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Fonction protection

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•Cette fonction est assurée par toute composante qui peut interrompre automatiquement la circulation du courant électrique dans un circuit en cas de situation dangereuse ou anormale▫En cas de surcharge du circuit (trop d’appareils

branchés en parallèle)▫En cas de court-circuit (phénomène qui se produit

lorsqu’un contact imprévu cause une surcharge)•Deux composantes jouent ce rôle: le fusible et le

disjoncteur

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Les fusibles• Dans le fusible, le courant traverse un filament (ou

une lamelle) conducteur calibré pour permettre le passage d’une certaine intensité de courant

• Lorsque l’intensité devient trop élevée, la température du filament augmente, le matériel qui le compose atteint son point de fusion et se liquéfie, interrompant ainsi le passage du courant

• Un fusible brulé (ou grillé) doit être remplacé pour que le circuit puisse à nouveau être fonctionnel

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Les disjoncteurs

•Le disjoncteur est un dispositif de protection qui déclenche l’ouverture d’un circuit électrique en cas de surcharge

•Ils sont également calibrés en fonction des intensités qu’ils permettent dans les circuits électriques

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Des disjoncteurs

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Les disjoncteurs de fuite à la terre

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Le panneau électrique

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Fonction de commande

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La fonction commande

•Cette fonction est assurée par toute composante d’un circuit qui permet d’ouvrir ou de fermer le circuit électrique

•Les interrupteurs jouent ce rôle

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Les interrupteurs•Différentes formes…

▫À bascule▫À levier▫À bouton-poussoir▫À commande magnétique

STE

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Principe de l’interrupteur magnétique

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Les types d‘interrupteurs•Interrupteur unidirectionnel ou

bidirectionnel▫Unidirectionnel : il n’offre qu’un chemin

possible aux charges électriques (1 départ)▫Bidirectionnel : il offre deux chemins possibles

aux charges électriques•Interrupteur unipolaire ou bipolaire

▫Unipolaire : il ouvre ou ferme 1 contact à la fois (il contrôle un circuit à la fois) (1 arrivée)

▫Bipolaire : il ouvre ou ferme 2 contacts à la fois (il contrôle 2 circuits à la fois)

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Interrupteurs unipolaires

unidirectionnel bidirectionne

l

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Interrupteurs bipolaires

unidirectionnel bidirectionn

el

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Fonction transformation

d‘énergie

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•Cette fonction est assurée par toute composante d’un circuit qui permet de transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie

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Énergie électriqueà énergie lumineuse•Dans les ampoules à incandescence•Dans les ampoules fluocompactes•Dans les écrans cathodique•Dans les écrans à cristaux liquides

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Énergie électrique en énergie thermique•Dans une chaufferette électrique•Dans un grille-pain•Dans un chauffe-eau•Dans un four•Dans une sécheuse•Une plinthe électrique

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Énergie électrique en énergie mécanique•Les moteurs électriques•Les haut-parleurs•Le cristal piézoélectrique

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Le cristal piézoélectrique•Lorsque compressé,

le cristal émet un courant

•Inversement, si on le soumet à un courant électrique, il se met à vibrer

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Énergie électrique en énergie magnétique•L’électroaimant d’une grue

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Fonction régulation

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•La fonction régulation est assurée par une composante d’un circuit qui sert à maintenir le fonctionnement de ce circuit

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Les résistors•Un résistor est une composante

électrique conçue pour limiter le passage du courant dans un circuit

•Il sert en quelque sorte d’élément protecteur

•Il génère une bonne quantité d’énergie thermique lors de sont travail

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Code de couleur des résistors

•1ère bande : premier chiffre•2ème bande : deuxième chiffre•3ème bande : facteur multiplicateur•4ème bande : tolérance (précision)

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exemples

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Les diodes

•La diode est une composante électrique fait d’un matériau semi-conducteur (généralement le silicium) qui ne laisse passer le courant électrique que dans un sens

•Elles servent à guider et bloquer le courant•Certaines diodes servent à « redresser » le

courant, c. à. d. à transformer le courant ac en courant cc

•Les diodes électroluminescentes (del) émettent une lumière lorsqu’un courant les traverse