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Electricité Industriel de Base Institut de Formation aux Métiers de l’Industrie

Electricité Industriel de Base Institut de Formation aux Métiers de l’Industrie d’Automobile Département : Génie mécanique 1 Plan Introduction Partie 1: Généralités sur l’électricité Partie 2: Machines électrique Partie 3: Appareillages électrique Partie 4: Démarrage / freinage des moteur asynchrone Chapitre 1 : Généralités Electricité Industriel de Base Institut de Formation aux Métiers de l’Industrie d’Automobile Département : Génie mécanique 3 Sommaire: 1- Notions sur le circuit électrique 2- Courant électrique 3- Tension électrique 4- Lois de Kirchhoff 5- Relation entre le courant et la tension 5-1- Loi d’Ohm 5-2- Résistance électrique d’un conducteur ohmique 5-3- Echelle des résistivités 6- Puissance et énergie électrique 6-1- Puissance électrique 6-2- Energie électrique 6-3- Effet Joule 6-4- Loi de Joule 4 5 • La pile est le générateur, c’est elle qui produit le courant électrique dans le circuit. • La lampe est le récepteur, elle utilise le courant produit par le générateur • L’interrupteur est un élément de commande du circuit, il permet de fermer ou d’ouvrir le circuit. • Les fils électriques permettent la liaison entre les différents éléments du circuit. Introduction Pour « dessiner » un circuit, il a été convenu que la même représentation serait adoptée par tous. Pour cela : • Chaque élément d’un circuit est représenté par son symbole normalisé. • On dit que l’on représente le circuit électrique par un schéma. La schématisation Introduction Les symboles normalisés Pile + - Interrupteur lampe ouvert K ferm é K Introduction Résistance M Moteur LED Introduction Introduction Introduction Chapitre 1: Généralités 1- Notions sur le circuit électrique o Un circuit électrique est constitué d’un ou plusieurs générateurs alimentant des appareils récepteurs par l’intermédiaire de conducteurs. o Un dipôle électrique est une portion de circuit limitée par deux points. o Un dipôle est passif lorsqu’il n’existe pas de tension électrique aux bornes du dipôle lorsqu’il n’est pas relié à d’autres appareils ; il est dit actif dans le cas contraire. 11 Partie 1: Généralités sur l’électricité o Un nœud est le point de connexion de trois dipôles au moins. o Une branche est constituée d’un ou plusieurs dipôles en série ; elle est limitée, à chaque extrémité, par un nœud. o Un générateur transforme une forme d’énergie en énergie électrique fournie au reste du circuit o Un récepteur transforme l’énergie électrique reçue en d’autres formes d’énergie. o Les conducteurs laissent passer le courant électrique. o Les isolants offrent une très grande résistance au passage du courant électrique 12 Partie 1: Généralités sur l’électricité Le circuit comporte : - 4 nœuds: B, E, D, C ( A et F ne sont pas des nœuds ) - 7 mailles : ABEDFA, ABCDFA, ABCEDFA, ABECDFA, BCDEB, BCDB, ECDE - 6 branches : DFAB, EB, ED, BC,EC,DC 13 Partie 1: Généralités sur l’électricité 2- Courant électrique Définition 1 : Un courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charges électriques. Métaux (cuivre, aluminium …) : électrons libres. Charge électrique de l’électron : q = -e -1,610-19 coulomb (C). 14 Partie 1: Généralités sur l’électricité Définition 2 : le sens conventionnel du courant électrique est le sens du mouvement des porteurs de charges positives. Le sens conventionnel du courant est donc le sens inverse du mouvement des électrons (q < 0) : 15 Partie 1: Généralités sur l’électricité Définition 3: L’intensité du courant électrique i est la quantité d’électricité transportée par unité de temps. dq est la quantité d’électricité qui traverse la section du conducteur pendant la durée dt. 16 Partie 1: Généralités sur l’électricité Dans un fil, le débit est de 100 milliards d’électrons par seconde. Calculer l’intensité correspondante. i = 0,016 μA Réponse : Application numérique : 17 Partie 1: Généralités sur l’électricité Le courant électrique est symbolisé par une flèche : Le courant est positif quand on oriente la flèche du courant dans le sens conventionnel. Le signe du courant change quand on inverse l’orientation : 18 Partie 1: Généralités sur l’électricité Un ampèremètre mesure le courant qui le traverse. Il est donc branché en série : 19 Partie 1: Généralités sur l’électricité Remarque : un ampèremètre se comporte comme un fil. Attention au court-circuit ! 20 Partie 1: Généralités sur l’électricité 3- Tension électrique ou différence de potentiel La tension électrique est une notion abstraite issue du calcul du travail de la force électrostatique. Entre les bornes d’une pile existe une tension ou différence de potentiel; cette tension est liée au fait que les deux bornes de la pile ne sont pas dans le même état électrique. Lorsqu’on relie ses bornes à celles d’une lampe, celle- ci brille car elle est parcourue par un courant électrique. La tension entre A et B est notée UAB. Elle est représentée par une flèche dirigée de B vers A 21 Partie 1: Généralités sur l’électricité La tension entre A et B est notée UAB. Elle est représentée par une flèche dirigée de B vers A 22 Partie 1: Généralités sur l’électricité Une tension électrique est une différence de potentiel électrique (ou d.d.p.) : uAB = vA- vB uAB (en V) : tension électrique entre les points A et B vA (en V) : potentiel électrique du point A vB (en V) : potentiel électrique du point B 23 Partie 1: Généralités sur l’électricité Différence de potentiel Par définition la tension entre A et B est égale à la différence entre le potentiel du point A et le potentiel du point B. UAB = VA -VB où VA et VB sont les potentiels électriques de A et de B Seule la différence de potentiel est définie; le potentiel d’un point ne l’est pas sauf si l’on convient d’attribuer au potentiel d’un point déterminé du circuit une valeur déterminée (généralement zéro V). 24 Partie 1: Généralités sur l’électricité Exemple : Batterie d’accumulateurs Le tableau montre que l’on peut changer les potentiels attribués aux deux points en conservant une différence constante. N.B : 25 Partie 1: Généralités sur l’électricité A, B, C et D étant des points quelconques d’un circuit électrique pris dans n’importe quel ordre: Cette relation ressemble, du point de vue formel, à la relation de Chasles. 26 Partie 1: Généralités sur l’électricité Le potentiel électrique est défini à une constante près. La référence des potentiels électriques est la « masse électrique ». C’est le « 0 V » : Remarque : ne pas confondre masse et terre • La tension est une grandeur algébrique : uAB = -uBA 27 Partie 1: Généralités sur l’électricité Un voltmètre mesure la tension présente à ses bornes. Il est donc branché en dérivation : 28 Partie 1: Généralités sur l’électricité 4-1- Loi des nœuds (1ère loi de Kirchhoff) Un nœud est un point de jonction de plusieurs conducteurs électriques : La somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des intensités des courants sortant du nœud : 4- Loi de Kirchhoff) 29 Partie 1: Généralités sur l’électricité A.N. i1 = +1 A i2 = +2 A Calculer i3. i1 + i2 + i3 = 0 i3 = - 3 A Réponse : Application numérique : 30 Partie 1: Généralités sur l’électricité 4-2- Loi des branches (2nd loi de Kirchhoff) • La tension totale entre deux points d’un circuit électrique est égale à la somme des tensions intermédiaires. 31 Partie 1: Généralités sur l’électricité Exemple : Une pile de f.e.m 9 V alimente une ampoule de 6 V à travers une résistance : Calculer la tension aux bornes de la résistance. uAB= 9 - 6 = +3 V A noter que la tension aux bornes d’un fil électrique est pratiquement nulle : uPA uCN 0 V 32 Partie 1: Généralités sur l’électricité • On place la masse au point N. Calculer le potentiel électrique aux points P, A, B et C. vC= vN = 0V vB = + 6V vP = vA = +9V 33 Partie 1: Généralités sur l’électricité • Cas particulier d’une maille Une maille est une branche refermée sur elle-même. uNP + uPA + uAB + uBC + uCN = 0 : c’est la loi des mailles. 34 Partie 1: Généralités sur l’électricité 35 Partie 1: Généralités sur l’électricité 5- Relation entre courant et tension 5-1- Loi d’Ohm Dans une résistance électrique, tension et courant sont proportionnels. - Loi d’Ohm en convention récepteur On parle de convention récepteur quand les orientations du courant et de la tension relatives à un dipôle sont en sens inverse : 36 Partie 1: Généralités sur l’électricité - Loi d’Ohm en convention générateur Les orientations du courant et de la tension sont dans le même sens : 37 Partie 1: Généralités sur l’électricité A.N. Calculer l’ordre de grandeur de la tension mortelle pour l’homme sachant que le corps humain a une résistance d’environ 1000 W: 100050.10-3 = 50 V Réponse: 38 Partie 1: Généralités sur l’électricité 5-2- Résistance électrique d’un conducteur ohmique l : longueur (en m) S : section (en m²) r: résistivité électrique du conducteur (en Wm) R : résistance (en W) 39 Partie 1: Généralités sur l’électricité La résistivité dépend de la uploads/Industriel/ electricite-industriel-de-base.pdf