L’Ingénierie électrique

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. Des composantes • OBS p 460

6. 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

7. Courant continu vs courant alternatif • Le courant continu (cc) • dc pour direct currenten 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 alternatingcurrent 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

8. Fonctions électriques

9. 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

10. Fonction alimentation

11. 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

12. exemples • La pile • La batterie • La génératrice • La prise de courant • La cellule photovoltaïque

13. 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

14. Des batteries

15. 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

16. Dynamo de bicyclette

17. Génératrice à essence

18. 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

19. La Grande 1 (LG1)

20. 4. La cellule photovoltaïque (ou photoélectrique) • 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

21. Des panneaux solaires (assemblage de cellules photovoltaïques)

22. STE Le condensateur • 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

23. Des condensateurs • La « capacité » d’un condensateur s’exprime en « Farads »

24. Fonction conduction

25. La conduction • Elle est assurée par toute composante d’un circuit qui permet le passage du courant électrique • Les fils électriques jouent ce rôle

26. 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)

27. Des circuits imprimés

28. Fonction isolation

29. 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.

30. Isolants en céramique

31. Fonction protection

32. 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

33. 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

35. 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

36. Des disjoncteurs

37. Les disjoncteurs de fuite à la terre

38. Le panneau électrique

39. Fonction de commande

40. 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

41. STE Les interrupteurs • Différentes formes… • À bascule • À levier • À bouton-poussoir • À commande magnétique

42. Principe de l’interrupteur magnétique

43. 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)

44. Interrupteurs unipolaires unidirectionnel bidirectionnel

45. Interrupteurs bipolaires unidirectionnel bidirectionnel

46. Fonction transformation d‘énergie

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

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

49. 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

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