8
17/01/2016 1 S Analyse des circuits électriques -GPA220- Cours #1: Introduction à la matière, loi d’Ohm et lois de Kirchhoff Enseignant: Jean-Philippe Roberge Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Cours #1 S Présentation personnelle S Présentation du plan de cours S Discussion sur vos intérêts et attentes S Introduction à la matière (Chapitre 1): S Pré-entrée en matière S Concepts fondamentaux, variables utilisées en génie électrique: S Voltage, courant et autres éléments de base S Définition de puissance et d’énergie 2 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Cours #1 S Concepts fondamentaux (Suite): S Composantes électriques S Sources de courant et de tension S Loi d’Ohm S Lois de Kirchhoff S Principe de la conservation de la puissance S Questions et commentaires 3 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 4 Présentation personnelle S Formation académique: S Tech. (Ahuntsic, génie électrique – instrumentation et contrôle) S B. Ing. (ÉTS, génie de la production automatisée) S M.Sc.A. (École Polytechnique, génie électrique – Contrôle et systèmes robotiques) S Ph.D. (Stanford – ÉTS , systèmes haptiques et intelligence tactile, en cours) S Expérience professionnelle en recherche (plus récente) : S Agence spatiale canadienne (2009-2012): S -Ingénieur & adjoint de recherche en robotique mobile au département du développement de l’exploration spatiale. S École Polytechnique (2010-2012) : S -Chargé de cours et labs: Robotique (ELE4203) et systèmes linéaires (ELE3202) S ÉTS (2013-présent): S -Professionnel de recherche au laboratoire de Commande et de Robotique (CoRo) S -Chargé de cours: GPA435 – GPA220 – GPA141 S Institut de Recherche en Électricité du Québec – IREQ (2013-présent): S Contracteur / Consultant – Laboratoire d’expérimentation (robotique) S Travaux de recherche actuels S Intérêts S Site web: http://www.jproberge.net Linkedin: http://ca.linkedin.com/in/jproberge

Cours #1 Analyse des circuits électriques · S M.Sc.A. (École Polytechnique, génie électrique –Contrôle et systèmes robotiques) S Ph.D. (Stanford –ÉTS , systèmes haptiques

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17/01/2016

1

S

Analyse des circuits électriques-GPA220-

Cours #1: Introduction à la matière, loi d’Ohm et lois de Kirchhoff

Enseignant: Jean-Philippe Roberge

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Cours #1

S Présentation personnelle

S Présentation du plan de cours

S Discussion sur vos intérêts et attentes

S Introduction à la matière (Chapitre 1):

S Pré-entrée en matière

S Concepts fondamentaux, variables utilisées en génie électrique:

S Voltage, courant et autres éléments de base

S Définition de puissance et d’énergie2

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Cours #1

S Concepts fondamentaux (Suite):

S Composantes électriques

S Sources de courant et de tension

S Loi d’Ohm

S Lois de Kirchhoff

S Principe de la conservation de la puissance

S Questions et commentaires3

Jean-Philippe Roberge - Janvier 20144

Présentation personnelleS Formation académique:

S Tech. (Ahuntsic, génie électrique – instrumentation et contrôle)

S B. Ing. (ÉTS, génie de la production automatisée)

S M.Sc.A. (École Polytechnique, génie électrique – Contrôle et systèmes robotiques)

S Ph.D. (Stanford – ÉTS , systèmes haptiques et intelligence tactile, en cours)

S Expérience professionnelle en recherche (plus récente) :

S Agence spatiale canadienne (2009-2012):

S -Ingénieur & adjoint de recherche en robotique mobile au département du développement de

l’exploration spatiale.

S École Polytechnique (2010-2012) :

S -Chargé de cours et labs: Robotique (ELE4203) et systèmes linéaires (ELE3202)

S ÉTS (2013-présent):

S -Professionnel de recherche au laboratoire de Commande et de Robotique (CoRo)

S -Chargé de cours: GPA435 – GPA220 – GPA141

S Institut de Recherche en Électricité du Québec – IREQ (2013-présent):

S Contracteur / Consultant – Laboratoire d’expérimentation (robotique)

S Travaux de recherche actuels

S Intérêts

S Site web: http://www.jproberge.net Linkedin: http://ca.linkedin.com/in/jproberge

17/01/2016

2

5 6

Qui suis-je ?

• Travail à la création de nouveau capteur

• Composantes pour robot (ex:main)

• Commande des robots destinés à interagir avec l’humain

8

Quelques-unes de mes publications…

S Roberge, Jean-Philippe. "Conception et intégration d'un capteur LIDAR 3D pour la navigation autonome des robots mobiles en

terrain inconnu".Masters thesis, École Polytechnique de Montréal.

S Motamedi, M.R.; Roberge, J.-P.; Duchaine, V., "Tactile Sensation Transmission from a Robotic Arm to the Human Body via

a Haptic Interface," inWorld Haptics Conference (WHC), 2015 IEEE , vol., no., pp.139-145, 22-26 June 2015

S Motamedi, M.R.; Roberge, J.-P.; Duchaine, V., "The Use of Vibrotactile Feedback to Restore Texture Recognition

Capabilities, and the Effect of Subject Training," submitted to 2015 IEEE Transactions on Haptics.

S Rana, A. and Roberge, J.-P. and Duchaine, V., "Improved Soft Dielectric for Increasing Sensitivity of Capacitive Based

Tactile Sensor ", submitted to IEEE Transactions on Robotics 2015.

S Motamedi, M.R.; Roberge, J.-P.; Chossat, J.-B., Duchaine, V., "Haptic Feedback for Improved Robotic Arm Control During

Simple Grasping Task", submitted to International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2016.

S Roberge, J.-P.; Rispal, S.; Duchaine, V., "Unsupervised Feature Learning for Classifying Dynamic Tactile Events Using Sparse

Coding", submitted to International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2016.

S Cockburn, D. and Roberge, J.-P. and Duchaine, V., "Sparse Coding of Tactile Sensor Signals to Enhance Grasping and

Manipulation Skills", IEEE International Conference on Artificial Life and Robotics 2016, (Accepté, parution Janvier

2016).

17/01/2016

3

Présentation du plan de cours

9Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Vos intérêts et attentes?

10Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Pré-entrée en matière

11

S Quel est la pertinence du cours ?

S Design / Conception de circuits électriques

S Liens avec vos objectifs de carrière

S Culture générale de l’ingénieur

S Mes attentes face à vous…

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (1)

12

S Charges électriques

S Analogie: molécule d’eau

S Se mesure en Coulombs, dénoté C

S Polarité: une charge peut être positive ou négative!

S Normalement représenté par la variable q

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

1 Coulomb = 1 Ampère X 1 seconde

Charles-Augustin de Coulomb

18

La charge d’un Coulomb est équivalent à la charge de

6.241 X 10 électrons

17/01/2016

4

Variables utilisées en génie électrique (2)

13

S Courant électrique

S Analogie: courant dans une rivière (débit)

S Se mesure en Ampères, dénoté A

S Comme dans une rivière, le courant à un sens!

S Normalement représenté par la variable i

S Par conséquent, en génie électrique:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

1 Coulomb1 Ampère =

secondeAndré-Marie Ampère

1 (et non )j i

S Le courant électrique représente le mouvement des charges électriques:

d q t

i tdt

Variables utilisées en génie électrique (3)

14

S On distingue deux types de courant:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

S 1) Continu (Edison): S 2) Alternatif (Westinghouse):

Variables utilisées en génie électrique (4)

15

S Tension

S Analogie: Potentiel de chute d’eau d’un barrage,

différence de pression.

S Se mesure en Volts, dénoté V

S Normalement représenté par la variable v, E ou U

S Parfois nommé force électromotrice

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

1 Joule1 Volt =

1 CoulombAlessandro Giuseppe Antonio

Anastasio Volta

S Le voltage est l’énergie par unité de charge, créée par la séparation des

charges:

d tV t

d q t

Variables utilisées en génie électrique (5)

16

S Convention passive des signes (CPS):

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

17/01/2016

5

Variables utilisées en génie électrique (6)

17

S Puissance

S Analogie: Puissance (barrage)

S Se mesure en Watts, dénotéW

S Représenté par la variable P

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

1 Joule1 Watt =

1 seconde

S La puissance est le travail réalisé par rapport au temps, ou encore la

variation d’énergie:

P = d d dq d dq

VIdt dt dq dq dt

Composantes électriques (1)

18

S La résistance

S Analogie: Diminution du diamètre d’un tuyau (plomberie)

S Se mesure en Ohm, dénoté Ω

S Représenté par la variable R

S Une résistance est un mauvais conducteur qui dissipe de la puissance en

chauffant

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Jean-Philippe Roberge - Janvier 201419

Composantes électriques (2)

S La résistance (suite)

S Code de couleur:

S Rappel: Nous avons fait l’analogie entre 1) une résistance et la

diminution du diamètre d’un tuyau et 2) la tension électrique et une

différence de pression…

S Si un courant électrique passe à travers une résistance, il se créé donc une

différence de pression (tension) aux bornes de la résistance.

S La loi d’Ohm traduit se phénomène:

La loi d’Ohm (1)

20Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

v Ri

17/01/2016

6

S Sinon:

La loi d’Ohm (2)

21

S Schémas, en respectant la CPS:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

La loi d’Ohm (3)

22

S La conductance

S Se mesure en Mho, dénoté S ou Ω-1

S Représenté par la variable G

S Bien que ce terme sera peu utilisé dans le cadre du cours, la

conductance est l’inverse de la résistance:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

1G

R

S Donc:

i

i vG vG

Puissance dissipée dans une résistance

23

S Une résistance R donnée dissipe de la puissance

proportionnellement au carré du courant qui la traverse, i.e.:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

2P i

Composantes électriques (3)

24

S Sources indépendantes:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

17/01/2016

7

Composantes électriques (4)

25

S Sources dépendantes:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (5)

26

S Sources dépendantes:

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (1)

27

S Définissons d’abord les noeuds et les boucles:

S 1) Un noeud est un point de connexion d’au moins deux éléments d’un

circuit.

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (2)

28

S Définissons d’abord les noeuds et les boucles (suite):

S 1) Une boucle est un chemin fermé dans un circuit électrique

S Truc: ne jamais rencontrer un noeud plus d’une fois

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

17/01/2016

8

Lois de Kirchhoff (3)

29

S Maintenant que nous avons définis ce que sont les noeuds et les

boucles, nous introduisons les lois de Kirchhoff.

S 1) La loi des courants: la somme des courants entrant dans un noeud est

nulle. Autre formulation: la quantité de courant qui entre dans un noeud

doit égaler celle qui sort.

S 2) La loi des tensions: la somme des tensions sur le parcours d’une

boucle est nulle.

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

SAttention aux signes!

Lois de Kirchhoff (4)

30

S Ces deux lois nous permettront de poser le système d’équations qui

nous permettra de résoudre le système (quantifier les courants et

les tensions en tout point d’un circuit électrique)

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

S Les lois de Kirchhoff s’appliquent également en présence de

source(s) de tension dépendante(s). En présence d’une source

dépendante, le système d’équation sera augmenté d’une équation

et d’une variable.

Principe de conservation de la puissance

31

S Toute puissance amenée au système doit être consommée!

Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Références

S [1] Présentations PowerPoint du cours GPA220, Vincent Duchaine, Hiver 2011

S [2] NILSSON, J. W. et S.A. RIEDEL. Introductory Circuits for Electrical and Computer

Engineering, Prentice Hall, 2002.

32Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014