Genie electrique livre complet
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1.2 PHÉNOMÈNE DE CONDUCTION : LE COURANT ÉLECTRIQUE
1.2.1 Le courant électrique
• Courant électrique. Les charges électriques, soumises à un champ électrique, subissent des forces électrostatiques : elles se déplacent. Le flux de charges à travers une surface S s’appelle l’intensité du courant électrique. On le note i et son unité est l’ampère (A).
Table des matières
AVANT-PROPOS X
GRANDEURS – UNITÉS – PRÉFIXES SI XI
PARTIE 1 • ÉLECTRICITÉ ET SIGNAUX
CHAPITRE 1 • QU’EST-CE QUE L’ÉLECTRICITÉ ? 2
1.1 Particules, charges électriques et porteurs de charges 2
1.2 Phénomène de conduction : le courant électrique 4
1.3 Potentiel électrique d’une charge 9
CHAPITRE 2 • LOIS GÉNÉRALES DE L’ÉLECTRICITÉ 12
2.1 Les dipôles 12
2.2 Théorèmes sur les circuits électriques 19
CHAPITRE 3 • ÉLECTROSTATIQUE 29
3.1 Champs électrique et d’induction électrique 29
3.2 Potentiel électrique 33
3.3 Principe des condensateurs 35
CHAPITRE 4 • ÉLECTROMAGNÉTISME – FERROMAGNÉTISME 39
4.1 Excitation magnétique 39
4.2 Induction magnétique 44
4.3 Milieux amagnétiques 44
4.4 Milieux ferromagnétiques 45
4.5 Flux d’induction magnétique 47
4.6 Réluctance R d’un C.M.P. 48
4.7 Flux d’auto-induction 50
4.8 Circuits à flux variable 52
CHAPITRE 5 • RÉGIME SINUSOÏDAL PERMANENT MONOPHASÉ – ÉTUDE EN FRÉQUENCE 54
5.1 Caractéristiques d’une grandeur sinusoïdale 54
5.2 Régime sinusoïdal permanent : Méthodes de calculs 56
5.3 Impédance et admittance complexes d’un dipôle 61
5.4 Puissances – Facteur de puissance 62
5.5 Facteur de qualité – Transformation série ↔ parallèle 67
5.6 Circuits résonants 69
5.7 Étude en fréquence – Fonction de transfert complexe 71
CHAPITRE 6 • RÉGIME SINUSOÏDAL PERMANENT TRIPHASÉ 78
6.1 Installation triphasée – Définitions 78
6.2 Couplages 82
6.3 Puissances – Facteur de puissance 84
CHAPITRE 7 • RÉGIME VARIABLE – VALEURS MOYENNE ET EFFICACE 87
7.1 Régime variable 87
7.2 Valeur moyenne 88
7.3 Valeur efficace 89
7.4 Décomposition d’un signal périodique 91
7.5 Caractérisation d’un signal 92
CHAPITRE 8 • RÉGIME PÉRIODIQUE – SÉRIES DE FOURIER 95
8.1 Séries de Fourier 95
8.2 Régime périodique – Interprétation physique 99
8.3 Représentations graphiques – Spectres 105
8.4 Quelques signaux classiques 109
CHAPITRE 9 • ÉTUDE TEMPORELLE D’UN SYSTÈME LINÉAIRE 112
9.1 Système linéaire 112
9.2 Principe général de l’étude temporelle 113
9.3 Système linéaire du premier ordre 116
9.4 Système linéaire du deuxième ordre 126
CHAPITRE 10 • ÉTUDE SYMBOLIQUE – TRANSFORMÉE DE LAPLACE 135
10.1 Causalité 135
10.2 Impulsion unité ou distribution de Dirac 137
10.3 Transformée de Laplace 140
10.4 Principes de l’étude symbolique d’un système linéaire 150
10.5 Système linéaire du premier ordre 158
10.6 Système linéaire du deuxième ordre 163
PARTIE 2 • COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES
CHAPITRE 11 • RÉSISTANCES 168
11.1 Modèle de base 168
11.2 Limites et imperfections 170
11.3 Résistances variables et ajustables – Potentiomètres 173
CHAPITRE 12 • CONDENSATEURS 175
12.1 Modèle de base 175
12.2 Limites et imperfections 180
CHAPITRE 13 • BOBINES NON-COUPLÉES 184
13.1 Modèle de base 184
13.2 Limites et imperfections 189
CHAPITRE 14 • BOBINES COUPLÉES 194
14.1 Modèle de base 194
14.2 Limites et imperfections 201
CHAPITRE 15 • TRANSFORMATEURS 203
15.1 Introduction 203
15.2 Transformateur parfait (T.P.) 204
15.3 Transformateur sans fuite ni perte (T.S.F.P.) 207
15.4 Transformateur avec fuites et pertes cuivre 207
15.5 Transformateur avec fuites magnétiques, pertes cuivre et pertes fer 210
15.6 Transformateur dans l’hypothèse de Kapp 210
15.7 Transformateur réel – Effets non-linéaires 211
CHAPITRE 16 • DIODES 214
16.1 Diodes à jonction PN 214
16.2 Particularités de certaines diodes 223
CHAPITRE 17 • TRANSISTORS BIPOLAIRES 228
17.1 Symboles – Constitution 228
17.2 Transistor NPN 229
17.3 Transistor PNP 242
17.4 Transistors particuliers 242
CHAPITRE 18 • TRANSISTORS MOS 245
18.1 Symboles – Constitution 245
18.2 MOSFET canal N à enrichissement 246
18.3 MOSFET canal P à enrichissement 257
18.4 MOSFET à appauvrissement 258
18.5 L2 FET (Logic Level FET) 259
18.6 MOSFET à mesure de courant (SensorFET) 259
18.7 FREDFET (Fast Recovery Epitaxial Diode FET) 261
18.8 I.G.B.T. 261
CHAPITRE 19 • THYRISTORS 262
19.1 S.C.R. (redresseurs commandés) 262
19.2 G.T.O. Thyristors 267
19.3 TRIAC 267
19.4 DIAC 271
19.5 Contraintes de mise en œuvre des S.C.R. et TRIAC 272
CHAPITRE 20 • PHOTOCOMPOSANTS 277
20.1 Généralités 277
20.2 Diodes électroluminescentes (ou LED) 281
20.3 Diodes LASER 284
20.4 Photodiodes 285
20.5 Phototransistors 289
20.6 Photopiles ou piles solaires 290
20.7 Photocoupleurs 290
CHAPITRE 21 • AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS 291
21.1 Symboles – Constitution 291
21.2 Modèle élémentaire – Modèle parfait 292
21.3 Limites et imperfections 293
CHAPITRE 22 • COMPARATEURS ANALOGIQUES 301
22.1 Symboles - Description 301
22.2 Modèle élémentaire – Modèle parfait 302
22.3 Limites et imperfections 303
CHAPITRE 23 • DISSIPATION THERMIQUE 306
23.1 Analogie électrique du modèle thermique 306
23.2 Chaîne de dissipation thermique 307
23.3 Modèle thermique statique (ou continu) 307
23.4 Modèle thermique dynamique (ou transitoire) 308
23.5 Plusieurs composants sur un même refroidisseur 313
PARTIE 3 • ÉLECTRONIQUE DU SIGNAL
CHAPITRE 24 • FILTRAGE ANALOGIQUE 316
24.1 Fonction – Filtres idéaux 316
24.2 Fonctions de transfert élémentaires 317
24.3 Approximation des filtres analogiques idéaux 327
24.4 Fréquence d’échantillonnage – Filtre anti-repliement 331
CHAPITRE 25 • AMPLIFICATION ET OPÉRATIONS ANALOGIQUES 333
25.1 Généralités – Définitions 333
25.2 Amplification en tension 337
25.3 Amplification en courant 340
25.4 Conversion courant-tension (transimpédance) 341
25.5 Conversion tension-courant (transadmittance) 342
25.6 Amplification différentielle 344
25.7 Amplification de puissance 348
25.8 Adaptation d’impédance 353
25.9 Autres opérations analogiques sur les signaux 355
CHAPITRE 26 • CONDITIONNEMENT DES SIGNAUX 363
26.1 Introduction 363
26.2 Calcul différentiel – Sensibilité 364
26.3 Petites variations – Calcul approché 365
26.4 Erreurs – Incertitudes – Tolérances 367
26.5 Calibration 371
CHAPITRE 27 • SYSTÈMES BOUCLÉS : CONTRE RÉACTION – OSCILLATEURS 374
27.1 Principe des systèmes bouclés : la réaction 374
27.2 La contre-réaction appliquée à l’amplification 379
27.3 Oscillateurs sinusoïdaux 384
CHAPITRE 28 • COMPARAISON ANALOGIQUE 392
28.1 Comparaison 392
28.2 Comparaison à hystérésis 394
28.3 Comparaison à fenêtre 397
CHAPITRE 29 • GÉNÉRATION DE SIGNAUX
TOUT OU RIEN (TOR) 400
29.1 Monostable 400
29.2 Astable 402
29.3 Retard – Temporisation 405
29.4 Conduite du raisonnement dans deux cas usuels 409
CHAPITRE 30 • CONVERSIONS NUMÉRIQUE ANALOGIQUE ET ANALOGIQUE NUMÉRIQUE 412
30.1 Définitions 412
30.2 C.N.A. 413
30.3 C.A.N. 415
30.4 Codes utilisés dans les C.N.A. et C.A.N. 416
30.5 Spécifications des C.N.A. et C.A.N. 421
PARTIE 4 • ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE
CHAPITRE 31 • REDRESSEMENT NON COMMANDÉ 428
31.1 Redressement monophasé simple alternance 429
31.2 Redressement monophasé double alternance 433
31.3 Redressement triphasé simple alternance 438
31.4 Redressement triphasé double alternance en pont 440
31.5 Principales caractéristiques des montages 443
CHAPITRE 32 • REDRESSEMENT COMMANDÉ 444
32.1 Redressement monophasé simple alternance 445
32.2 Redressement monophasé double alternance 449
32.3 Redressement triphasé simple alternance 458
32.4 Redressement triphasé double alternance 463
32.5 Facteur de puissance d’un redresseur 469
32.6 Critères de choix 471
CHAPITRE 33 • HACHEURS 472
33.1 Hacheur série ou dévolteur 472
33.2 Hacheur parallèle ou survolteur 477
33.3 Hacheur à accumulation inductive 484
33.4 Hacheur deux quadrants ou en demi-pont 485
33.5 Hacheur quatre quadrants ou en pont 488
CHAPITRE 34 • ALIMENTATIONS À DÉCOUPAGE 492
34.1 Convertisseurs sans isolation galvanique 492
34.2 Convertisseurs avec isolation galvanique 501
CHAPITRE 35 • RELAIS STATIQUES – GRADATEURS 512
35.1 Relais statiques 512
35.2 Gradateurs 523
CHAPITRE 36 • ONDULEURS AUTONOMES 528
36.1 Principe de base en monophasé 528
36.2 Principe d’un onduleur de tension en pont 529
36.3 Principe d’un onduleur triphasé 542
PARTIE 5 • MACHINES ÉLECTRIQUES
CHAPITRE 37 • ÉNERGÉTIQUE (CHARGES – COMPARAISON DES MOTEURS) 544
37.1 Bilan énergétique 544
37.2 Travail d’une force – Travail d’un couple 546
37.3 Équation de la dynamique 548
37.4 Moment d’inertie d’un solide par rapport à un axe 549
37.5 Caractéristiques idéales de charges 551
37.6 Comparaison des moteurs 552
CHAPITRE 38 • TRANSFORMATEURS EN RÉGIME SINUSOÏDAL À FRÉQUENCE CONSTANTE 553
38.1 Utilisation – Schéma de principe – Fonctionnement 553
38.2 Transformateur parfait (T.P.) 554
38.3 Transformateur réel 555
38.4 Transformateur triphasé 557
CHAPITRE 39 • CHAMPS TOURNANTS 561
39.1 Organisation des machines tournantes alternatives 561
39.2 Distribution du champ magnétique dans l’entrefer 562
39.3 Création d’un champ tournant 565
39.4 Cas d’un enroulement monophasé 568
39.5 Cas d’un enroulement diphasé 568
CHAPITRE 40
• MACHINES SYNCHRONES TRIPHASÉES 569
40.1 Constitution – Principe – Excitation 569
40.2 Alternateur triphasé 571
40.3 Moteur synchrone 578
40.4 Moteur brushless ou à commutation électronique 579
40.5 Utilisation des machines synchrones 583
CHAPITRE 41
• MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASÉS 584
41.1 Constitution – Fonctionnement – Glissement 584
41.2 Bilan des puissances – Rendement 586
41.3 Modèle et caractéristiques 587
41.4 Démarrage 589
41.5 Réglage de la vitesse 590
41.6 Réversibilité et freinage 590
41.7 Moteur asynchrone monophasé 590
CHAPITRE 42
• MOTEURS PAS À PAS 591
42.1 Principe et définitions 591
42.2 Propriétés 595
42.3 Étage de puissance 595
42.4 Régimes statique et dynamique 596
42.5 Utilisation 598
CHAPITRE 43
• MACHINES À COURANT CONTINU 599
43.1 Principes généraux 599
43.2 Moteur à excitation indépendante ou séparée 603
43.3 Moteur à excitation série 605
INDEX 608
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