L*Ingénierie électrique - école Samuel
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1 L’Ingénierie électrique Ou le génie électrique 2 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 3 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 4 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) 5 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 6 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 par rapport au cc 7 Fonctions électriques 8 définition • 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 9 Fonction alimentation 10 • 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 11 exemples • • • • • La pile La batterie La génératrice La prise de courant La cellule photovoltaïque 12 1. Les piles et les batteries • 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 13 Des batteries 14 2. La génératrice • 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 15 Dynamo de bicyclette 16 Génératrice à essence 17 3. La prise de courant • 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 18 La Grande 1 (LG1) 19 4. La cellule photovoltaïque (ou photoélectrique) • Un dispositif qui, lorsqu’exposé à la lumière solaire, génère un courant électrique • Peut alimenter des objets portatifs ou mobiles tels des calculatrices • 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 20 Des panneaux solaires (assemblage de cellules photovoltaïques) 21 Fonction conduction 22 La conduction • Elle est assurée par toute composante d’un circuit qui permet le passage du courant électrique • Les fils électriques jouent ce rôle 23 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) 24 Des circuits imprimés • Très utilisés dans les appareils technologiques où l’on traite de l’information (téléphone intelligent, ordinateur, panneau de contrôle de divers d’appareils 25 Avantage de ce type de circuit: il permet une extrême miniaturisation de circuits étonnamment complexes, ce qui s’avèrerait impossible avec des circuits conventionnels. 26 Fonction isolation 27 • 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. 28 Isolants en céramique 29 Fonction protection 30 • 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 31 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 32 33 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 de courant qu’ils admettent dans les circuits électriques 34 Des disjoncteurs 35 Les disjoncteurs de fuite à la terre 36 Le panneau électrique 37 Fonction de commande 38 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 39 Les interrupteurs • Différentes formes… ▫ ▫ ▫ ▫ À bascule À levier À bouton-poussoir À commande magnétique STE 40 Principe de l’interrupteur magnétique 41 Fonction transformation d‘énergie 42 • Cette fonction est assurée par toute composante d’un circuit qui permet de transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie 43 Énergie électrique à énergie lumineuse • • • • Dans les ampoules à incandescence Dans les ampoules fluocompactes Dans les écrans cathodique Dans les écrans à cristaux liquides 44 Del 5 W • • • • • http://ledmontreal.com/fr/ampoules-led-gu10-mr16-e27-par20/ampoules-led-gu10-mr16-mr11e27-e12-e14/ampoule-led-gu10-dimmable-de-5-watts.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Lampe_%C3%A0_incandescence_classique Durée de vie 35 000 heures Équivalent à un amp. incandescente de 50 W « dimmable » = variateur d'intensité 45 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 46 Énergie électrique en énergie mécanique • Les moteurs électriques • Les haut-parleurs • Le cristal piézoélectrique 47 Le cristal piézoélectrique • Lorsque compressé, le cristal émet un courant • Inversement, si on le soumet à un courant électrique, il se met à vibrer 48 Énergie électrique en énergie magnétique • L’électroaimant d’une grue
