En plus de la science qui étudie les phénomènes électriques et les lois qui s'y rapportent, le terme d'électrotechnique peut être compris dans un sens plus moderne signifiant : Utilisation technique de l'électricité, soit en tant que support d'énergie, soit en tant que support d'information. Ici on entend par information, une grandeur électrique (courant ou tension) transportant un flux d’énergie continue ou discret, codé ou non et susceptible d’être traité et interprété par circuit électronique spécial.
L'électrotechnique est d'un développement relativement récent puisqu'elle remonte au milieu du XIXème siècle. De nos jours, ce développement est extrêmement rapide et conditionne de nombreux secteurs de l'activité humaine.
Dès la révolution industrielle, la consommation de l'énergie électrique a doublé tous les dix ans jusqu'à la crise énergétique de 1973. Il est vrai que l'électricité est produite de façon simple et relativement économique, qu'elle se transporte, se transforme et se divise pratiquement sans limites. Ces facultés expliquent en partie cet extraordinaire développement. Après la deuxième guerre mondiale, le développement des télécommunications et de la radioélectricité ont été très conséquents. Ils se traduisent aujourd'hui par la mise en œuvre d'équipements de communication et d'interaction de plus en plus sophistiqué entre l'être humain et la machine. L'électronique et l'informatique en sont les derniers développements parmi les plus spectaculaires.
Traditionnellement on associe l'électrotechnique aux "courants forts" par opposition aux "courants faibles" qui seraient du domaine exclusif de l'électronique. Cependant si on rencontre bien en électrotechnique :
- De très fortes puissances, de plusieurs mégawatts (MW) à quelques milliers de MW, principalement lors de la production et du transport de l'énergie électrique (une tranche de centrale nucléaire a une puissance de 1300 MW) ;
- On rencontre aussi de faibles puissances, de l'ordre du kW ou du W, pour le chauffage, l'électroménager, etc. ;
- Voire de très faibles puissances, de quelques μW pour les micros moteurs de montres à quartz, à quelques nW dans la motorisation de certaines techniques d'exploration médicale.
Ainsi l'électrotechnique a un champ d'application extrêmement vaste, elle concerne de très nombreuses entreprises industrielles, dans les domaines de la production et du transport de l'énergie électrique (EDF, Siemens, Alcatel, General Electric, EDG, etc.), dans les équipements électriques (Ingelec, Schneider Electric, etc.), dans les transports utilisant des moteurs électriques (Métros, Ascensseur, Escalier et tapis roulant, etc. ), et également dans des domaines plus inattendus comme l'aérospatial, la télécommunication, le biomédical, etc.
L'électrotechnique est donc liée étroitement à l'électronique et à l'automatique (disciplines de l'E.E.A.) auxquelles elle a fréquemment recours, en particulier pour la commande des moteurs. Le tableau ci-dessous nous en dit plus sur d’autres domaines d’applications.
1. Les grandeurs électriques
Lorsqu’on parle de signal, on fait référence aux variations d’une grandeur en fonction du temps t. Les signaux électriques sont la tension, notée u(t) ou v(t) (unité le Volt, noté V) et le courant noté i(t) ou j(t) (unité l’Ampère, noté A). On travaille également sur la puissance p(t)=u(t).i(t) (unité le Watt, noté W = V.A). Afin de présenter des définitions pour tout type de signal, on utilisera le signal x(t) qui prendra la place de n’importe quel signal électrique. La puissance p(t) est la dérivée de l’énergie électrique E(t) (en Joule, noté J = W.s) reçue par le dipôle :
Les compteurs d’énergie mesurent l’énergie électrique en kilowattheures (kWh).
1kWh = 3,6.106 J.
1.1. Courant électrique.
Un courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charges électriques. Dans les métaux (cuivre, aluminium …), ces porteurs de charge sont des électrons libres. La charge électrique de l’électron est : q = -e » -1,6×10-19 coulomb (C). Dans les solutions liquides (électrolytes), ce sont les ions (cations et anions) qui conduisent le courant.
Le sens conventionnel du courant électrique est le sens du mouvement des porteurs de charges positives (le sens inverse du mouvement des porteurs de charges négatives). En régime continu le courant est unidirectionnel et constant dans le temps.
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.
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.
On mesure l’intensité du courant à l’aide d’un ampèremètre. Il doit être branché en série.
1.2. Tension électrique.
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.
En régime continu la tension est constante ainsi que sa polarité.
Le potentiel électrique est défini à une constante près. La référence des potentiels électriques est la « masse électrique ». C’est le « 0V ».
La tension est une grandeur algébrique : uAB = -uBA.
On mesure la tension à l’aide d’un voltmètre. Il est doit être branché en parallèle.
Propriété 1 (Conservation de l’´energie) : L’énergie absorbée par un système est égale à la somme de l’´energie qu’il a dissipée et de l’énergie qu’il a emmagasinée.
Définition 1 (Signal périodique) : Un signal x(t) est périodique de période T si x(t + T) = x(t) pour tout t. Sa fréquence est alors f = 1/T (en Hertz, noté Hz).
Propriété 2 (Calcul de l’intégrale) : L’intégrale d’un signal périodique de période T sur un intervalle de largeur égale à T est identique quel que soit l’intervalle choisi.
Pour un signal x(t) périodique de période T, on définit la valeur moyenne et la valeur efficace.
Définition 2 (Valeur moyenne) : La valeur moyenne de x(t) est le signal constant qui a la même intégrale sur une période. On notera <x> cette quantité.
Propriété 3 (Calcul de la valeur moyenne) :
Définition 3 (Valeur efficace) : La valeur efficace de x(t) est le signal constant dont le carré a la même valeur moyenne que x2(t). On notera Xeff cette quantité.
Propriété 4 (Calcul de la valeur efficace) :
Remarque 1 (Valeur efficace) : La valeur efficace est la racine carrée de la moyenne du carré du signal, ce qui se dit en anglais root mean square et donne les initiales RMS couramment utilisées.
Propriété 5 (Valeur efficace nulle) : Un signal qui a une valeur efficace nulle est nul à tout instant.
Définition 4 (Régime continu) : Le régime continu est caractérisé par des valeurs moyennes non-nulles. Dans ce cas, c’est aux valeurs moyennes des signaux que l’on s’intéresse.
Définition 5 (Régime alternatif) : Le régime alternatif est caractérisé par des valeurs moyennes nulles. Dans ce cas, c’est aux valeurs efficaces que l’on s’intéresse.
Définition 6 (Puissance moyenne) : On appelle puissance moyenne ou puissance active (unité W) la valeur moyenne de la puissance.
Définition 7 (Puissance apparente) : La puissance apparente S (unit´e VA) est définie comme le produit des valeurs efficaces de la tension et du courant.
S = Ueff.Ieff.
Le facteur de puissance Fp caractérise le rapport entre ces deux grandeurs.
Avec les conventions adéquates, Fp est positif. Un facteur de puissance proche de 1 (0,9 par exemple) correspond `a une bonne utilisation de l’électricité alors qu’un facteur de puissance nul ou très faible correspond à de la tension et du courant avec pas ou peu d’échange d’énergie.
Remarque 2 : On ne s’intéresse jamais à la valeur efficace de la puissance. En effet, seule la puissance moyenne a un sens physique. D’ailleurs, pour connaître l’énergie transférée sur un intervalle de temps par une ligne, il suffit de multiplier la puissance moyenne par la durée de l’intervalle.
Propriété 6 : La valeur moyenne est un opérateur linéaire, cela signifie que la valeur moyenne de la somme de deux signaux est la somme de leurs valeurs moyennes et que la valeur moyenne d’un signal multiplié par une constante s’obtient en multipliant la valeur moyenne du signal par cette même valeur.
Propriété 7 : La valeur efficace n’est pas un opérateur linéaire, seule la seconde propriété est valable.
2016-11-03 06:05:45 / mazoughou@magoe.gn
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