PLAN DE COURS Automne 2014

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1 PLAN DE COURS Automne 2014 ÉLECTROTECHNIQUE (6GEI322) Département des Sciences appliquées Enseignant Issouf Fofana, PhD ing. Bureau : P : (418) p Courriel : Internet : wwwens.uqac.ca/ifofana Horaire et Local : Cours : Mercredi 11h 00 à 12h 15 H Jeudi 11h 00 à 12h 15 H Travaux dirigés Jeudi 16h 00 à 18h 45 P Laboratoire : Jeudi 8h 00 à 10h 45 Vendredi 8h 00 à 10h 45 P2-2020

2 Formule pédagogique Les cours magistraux sont dispensés lors de la période réservée au cours et spécifiée à l horaire de cours officiel. L étudiant est tenu de prendre des notes en classe suite aux explications du professeur. Des travaux pratiques en laboratoires sont dispensés aux dates mentionnées dans le présent plan de cours aux périodes de la semaine prévues à cet effet. La séance de travaux dirigés est mise à la disposition des étudiants dans le but de les aider à maîtriser les techniques de résolution des problèmes. Insertion du cours dans le programme Le cours est obligatoire dans les programmes de génie électrique et mécanique. Le cours 6GEI210: Circuits électriques est prérequis. Objectifs généraux du cours Le domaine d électrotechnique moderne étant très vaste, le présent cours s appuie sur les bases théoriques, les principes pratiques de conception et de fonctionnement des installations et machines électriques, et l utilisation de la littérature technique existante, formant l essentiel de la pratique de l ingénieur. Ce cours a pour objectif principal de rendre l'étudiant apte à utiliser les principes fondamentaux d'électromagnétisme et les principes de conversion électromécanique de l'énergie pour calculer les performances des machines électriques. Objectifs spécifiques du cours Particulièrement, le cours vise à : Permettre à l étudiant d établir et de résoudre les équations avec impédances complexes de premier et de deuxième ordre, ainsi que les équations d un circuit monophasé ou triphasé équilibré en se basant sur des lois et théorèmes d analyse des réseaux; Initier l étudiant au dimensionnement d une installation électrique (correction de facteur de puissance, dimensionnement de coffret de branchement; Donner à l étudiant les outils permettant o d effectuer les calculs requis dans la conception de transformateurs de puissance, des circuits magnétiques pour application industrielle; o d évaluer la performance des machines tournantes à courant continu (moteurs ou générateurs); o de dimensionner un moteur pour une application industrielle; Insister sur l importance de l application des normes de santé et sécurité aux systèmes électriques; Permettre à l étudiant d utiliser des appareils de mesure essentiels, l acquisition et l analyse des données expérimentales, et rédaction des rapports techniques. Qualités visées par le cours Le cours couvre 3 qualités attendues d un ingénieur (BCAPG), soient : 1. Qualité #2 : Analyse de problèmes (40%) 2. Qualité #4 : Conception (35%) 3. Qualité #5 : Utilisation d outils d ingénierie (25%) L acquisition de ces qualités par les étudiant(e)s sera mesurée en fonction des objectifs et indicateurs décrits dans le tableau suivant. Chaque indicateur sera évalué en utilisant le système de notation de l UQAC. Ainsi la réussite du cours est directement liée à l atteinte des qualités et objectifs précités au travers de l évaluation de 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 2 de 10

3 leurs identificateurs dans des devoirs, examens, synthèses et projet de conception. Objectifs Indicateurs Pondération évaluée 2.1 Démontrer sa capacité à Reconnaître les problèmes rencontrés par les 23% identifier et à caractériser un problème d'ingénierie ingénieurs: simple vs complexe; défini vs indéfini; solutions multiples vs solution unique; précision requise par la solution Identifier un problème donné et le genre de 15% solution appropriée Posséder les connaissances mathématiques et 21% d ingénierie nécessaires pour solutionner un problème donné, de même que les connaissances connexes Comparer les méthodes de solutions afin de 6% 4.1 Démontrer sa capacité à cerner un problème d ingénierie complexe et évolutif. 4.4 Démontrer sa capacité à produire un design final solutionnant le problème. 5.1 Démontrer sa capacité à utiliser des outils d ingénierie de base de même que des ressources et techniques généralement employés par un ingénieur. 5.3 Reconnaître les limites des outils utilisés sélectionner la meilleure Énumérer et documenter les besoins et exigences de tous les intervenants (cahier des charges) Extraire les informations relatives aux codes et standards généralement employés dans le cas de problèmes similaires 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 3 de 10 8% 5% Réaliser un concept ou un design détaillé (ou 5% fournir un plan de réalisation) Améliorer de manière évolutive un concept. 3% Rechercher de l information: Bibliothèque, 4% Internet, etc Mesurer la performance d un système : Utiliser 4% des appareils et des logiciels de mesure Comprendre les limites des outils employés 2% Comprendre la précision et les sources d erreurs lors de mesures, de simulations ou de modélisations. 4% Contenu du cours Cours magistraux Les séances du cours auront lieu selon l horaire et au local prévus à cette fin. Le cours permettra l apprentissage des éléments suivant dans le domaine de l électrotechnique. Rappel des circuits monophasés: terminologie, opération élémentaire sur les phaseurs, étude du régime permanent dans un circuit R, L, C (notion d'impédance). Puissance des courants alternatifs sinusoïdaux, facteur de puissance, facturation électrique. Les circuits triphasés: terminologie, représentation des systèmes triphasés équilibrés, groupement des circuits triphasés, puissance dans les systèmes triphasés équilibrés, couplage des récepteurs en étoile et en

4 triangle, transformation étoile - triangle, mesure de puissance en circuit triphasé, intérêt des systèmes triphasés, correction de facteur de puissance. Rappel des notions fondamentales d'électromagnétisme. calcul des circuits magnétiques, circuits couplés, énergie magnétique emmagasinée, phénomène d'hystérésis, puissance et pertes dans le noyau, schéma électrique équivalent d'une bobine, chauffage par induction, aimants permanents. Transformateurs: définition transformateur parfait, transformateur réel, rendement d'un transformateur, transformateur triphasé, transformateurs spéciaux. Machines tournantes à courant continu: rappel des lois fondamentales, génératrice à courant continu, principe de fonctionnement des moteurs à courant continu et alternatifs, contrôle de la vitesse des moteurs à courant continu, moteur série universel, principes directeurs de choix de moteurs pour une application. Introduction aux circuits de puissances et à la sécurité électrique : risques, liés aux défauts d'isolement, pour la sécurité des personnes et des biens; le disjoncteur, le sectionneur, le fusible; Schéma des Liaisons à la Terre (Régimes du neutre), distribution industrielle. Laboratoire Les laboratoires consistent en des séances de 2 heures et 30 minutes qui se tiendront au local P Les laboratoires auront lieu selon l horaire prévu à cette fin. Ces travaux permettront aux étudiants de mieux maîtriser la matière. Il est très important de noter que la présence des tou(te)s les étudiant(e)s, à toutes les séances de laboratoire, est obligatoire. Les résultats obtenus au cours des manipulations en laboratoire et l analyse des données mesurées doivent être soumis à l assistant sous forme de rapport (compte rendu) pour évaluation. En cas d absence d un(e) étudiant(e) d une ou maximum deux séances, ces derniers doivent être repris plus tard avec une autre équipe, faute de quoi une note de 0% lui (leur) sera attribuée, même si l étudiant(e) participe à l élaboration du compte rendu avec ses co-équipiers. En cas d absence à plus de deux séances, la session toute entière sera compromise. Thème I : Établir des schémas électriques et effectuer des mesure sur les réseaux monophasés et triphasés. L étudiant sera invité à identifier lui-même les appareils de mesure appropriés et à utiliser un logiciel d acquisition de données afin d acquérir certains paramètres. Thème II : vérifier expérimentalement les propriétés magnétiques d'un noyau de transformateur et d'obtenir des données sur les pertes dans le noyau. L étudiant sera invité à identifier des appareils de mesure appropriés et à utiliser un logiciel d acquisition de données afin mesurer certains paramètres des réseaux. Thème III : déterminer, à partir d'essais conventionnels, les paramètres du schéma équivalent de transformateurs monophasé et triphasé. De plus, l étudiant sera amené à vérifier la validité des modèles en comparant les résultats fournis par le schéma équivalent et les mesures expérimentales. Thème IV : Étudier les machines à courant continu fonctionnant en moteur et en génératrice. Cette étude inclut les caractéristiques électromécaniques, à vide et en charge, la réaction d'induit. L étudiant sera invité à identifier lui-même les appareils de mesure appropriés et à utiliser un logiciel d acquisition de données afin d acquérir certains paramètres. 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 4 de 10

5 Travaux dirigés Des séances de travaux dirigés sont prévues afin de faciliter l apprentissage de la matière du cours. Elles sont offertes selon l horaire prévu à cet effet. Les exercices proposés sont en lien avec la matière dispensée dans les cours et suivent le calendrier proposé. Projet de conception Un projet de conception à effectuer en équipe de 2 ou 3 au cours de la session, sera soumis aux étudiants. Il sera à remettre à la fin de la session. Le travail se faisant par étapes, il sera effectué en continu au fur et à mesure que les notions seront vues au cours de la session. Modalité d évaluation Répartition Mesure Valeur Indicateurs évalués Date prévue* Examen partiel 25% 2.1.1, 2.1.3, 2.1.4, Jeudi 09 Octobre 2014 de 16 h 00 à 18 h 45 Examen final 30% 2.1.1, 2.1.3, 2.1.4, à fixer par le module (Déc. 2014) Laboratoire 20% 2.1.4, 4.1.1, 5.1.1, 5.1.3, 5.3.2, Selon l horaire prévu Projet de conception 25% 2.1.1, 2.1.3, 2.1.4, 2.2.5, 4.1.1, 4.1.3, 4.4.1, 4.4.3, Décembre 2013 *Les dates exactes et les locaux des examens seront fournis en temps opportun. L utilisation de matériel électronique durant les examens sera conforme à la résolution du conseil de module d ingénierie. Examens L examen partiel aura lieu durant la période réservée pour les travaux dirigés. Tout ce qui aura été vu en classe et lors des travaux dirigés est matière à examen, sauf indications du professeur. Tout appareil électronique personnel (cellulaires et autres outils de communication, lecteurs MP3...) est interdit pendant les examens et l utilisation non autorisée d un tel dispositif électronique sera considérée comme une fraude selon le terme de la procédure concernant les infractions relatives aux études et sanctions. Le professeur retire automatiquement l examen à l étudiant et ce dernier obtient la note zéro (0) pour cette évaluation. Si un étudiant doit s absenter d un examen pour une raison valable (maladie, urgence), il doit contacter le professeur avant la tenue de l examen par courriel ou téléphone. Parmi les raisons non valables on retrouve un emploi à l extérieur, la tenue d un autre cours/laboratoire en même temps, vacances/voyages, le manque de sommeil, un oubli, un party, etc. Une absence non justifiée entraîne automatiquement la note zéro (0). Dans le cas d une absence justifiée, l étudiant devra prendre une entente avec le professeur. Pour des raisons de maladie, seul un billet lisible du médecin saura faire foi de cette circonstance. 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 5 de 10

6 Qualité du français écrit Tout travail (rapport de laboratoires ou de projet de conception) remis doit être conforme aux exigences de la politique institutionnelle en matière de maîtrise du français écrit du Manuel de Gestion ( > Employés > Le manuel de gestion PDF > lien de l index, section ). Le barème de correction attribue un pourcentage pour la qualité du français (5%). Pénalité pour retard Tout travail remis en retard sans motif valable sera pénalisé de 10%. Note de passage La note de passage est fixée à 60 %. Veuillez prendre note que chaque qualité dans votre dossier étudiant cumulatif doit présenter le niveau cible C pour réussir votre programme de formation. Évaluation du cours Ce cours sera évalué, conformément à la résolution du Conseil de module, à une date à déterminer entre le milieu et la fin du trimestre. Soutien pédagogique Périodes de disponibilité Le professeur se rendra disponible à son bureau (P4-5120) en dehors des heures régulières du cours aux heures suivantes : Jeudi de 13h 00 à 15h45 Veuillez noter qu il est possible que le professeur soit également disponible en dehors de cette période. Vous êtes invités à prendre rendez-vous par courriel ou au téléphone (poste 2514). Assistant Le laboratoire est sous la responsabilité de M. Pierre Charbonneau : poste 2465 / Bureau P4-3020). Il sera disponible lors des séances prévues à l horaire. Ses disponibilités supplémentaires seront à préciser lors de la première rencontre. Une assistance technique sera assurée par un technicien du département. Le technicien ne sera disponible que lors de la séance de laboratoire prévue à l horaire. Site web Il est recommandé aux étudiants de consulter régulièrement le site web du cours (dans votre dossier étudiant) afin de prendre connaissance des informations de dernière minute de la part du professeur ainsi que des documents supplémentaires tels que les notes du cours. Éthique et professionnalisme La démarche éthique en relation avec la pratique professionnelle conforme à la déontologie de l Ordre des ingénieurs du Québec suppose l acquis de valeurs qui se manifestent par une conduite professionnelle, ainsi que socialement et éthiquement responsable. L exercice de ce sens de l éthique et de ce professionnalisme vous est demandé au travers des consignes suivantes. 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 6 de 10

7 Cours magistraux La participation et les échanges en classe sont les bienvenus. Le respect va dans les 2 sens. Veuillez respecter vos collègues et vos professeurs en classe (ne pas être un élément perturbateur) et vous serez traité avec le même respect en retour. Prière de ne pas arriver en retard au cours et de ne pas quitter avant la fin du cours si vous devez quitter avant la fin du cours, SVP en informer le professeur au début du cours et minimiser votre perturbation en occupant un siège près de la porte. Par ailleurs, dans l intérêt de tous et pour créer un climat calme et propice à l apprentissage, il est exigé de garder dans votre sac tous les objets TIC pouvant affecter l attention des autres étudiants et celle du professeur. Ceci inclut l ordinateur portable, le téléphone cellulaire (en mode fermé ou silencieux) et autres outils de communication (SMS, etc.), journaux et lecteurs MP3. Votre collaboration sera grandement appréciée par le professeur et les autres étudiants. Le professeur se réserve le droit de confisquer les dits objets le cas échéant (cours et/ou l attention du professeur et/ou des étudiants sont affectés). En effet, l utilisation des TIC dans la salle de classe ne peut se faire qu à des fins pédagogiques. Les autres formes d utilisation pouvant être potentiellement une source de distraction pour le professeur ou les autres étudiants. Examens Tout appareil électronique personnel (cellulaires et autres outils de communication, lecteurs MP3 ) est interdit pendant les examens et l utilisation non autorisée d un tel dispositif électronique sera considérée comme une fraude selon le terme de la procédure concernant les infractions relatives aux études et sanctions. Le professeur retire automatiquement l examen à l étudiant et ce dernier obtient la note zéro (0) pour cette évaluation. Plagiat Les sanctions prévues à la politique institutionnelle sur le plagiat ( manuel de gestion PDF > lien de l indes, section ) seront appliquées aux étudiants identifiés par le professeur ou chargé de cours. Incidence sur la santé et la sécurité La Politique du Département des sciences appliquées en matière de santé et sécurité s applique. Des notions de travail et de conception sécuritaire seront abordées lors de diverses séances du cours. Les règlements spécifiques au fonctionnement des laboratoires seront abordés lors du premier laboratoire. Références Manuel principal : M. Farzaneh et I. Fofana, Électrotechnique, Notes de cours 6GEI322, Automne 2014 (voir COPSCO). Une version électronique sera également disponible sur le site du cours (dossier étudiant). Vous pouvez cependant consulter les références suivantes disponibles à la bibliothèque de l UQAC : T. Wildi et G. Sybille, «Électrotechnique», Presses de l Université Laval, 2005 (UQAC-Bibliothèque Collection générale TK145 W ). S. J. Chapman, «Electric Machinery fundamentals», 4 th ed., McGraw-Hill Higher Education, 2005 (UQAC- Bibliothèque Collection générale TK2000 C ). B. St-Jean : «Électrotechnique et machines électriques». Les Presses de l Université de Sherbrooke. Fitzgerald, Kingsley et Umans : «Electric Machinery», McGraw-Hill, 4 th ed., 2003 (UQAC-Bibliothèque Collection générale TK2181 F ). M. Marty, «Principes d électrotechnique cours et exercices corrigés», Dunod, 2005, (UQAC- Bibliothèque Collection générale TK165 M ). 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 7 de 10

8 Frédéric de Coulon et Marcel Jufer: «Introduction à l électrotechnique», Traité d électricité, vol. 1, Presses Polytechniques Romandes, 7 e Ed., 1995 (UQAC-Bibliothèque Collection générale TK7 T768). Volume pour les laboratoires : D. Ouellet et I. Fofana, Laboratoires d Électrotechnique, 6GEI322, Automne 2014 (voir COPSCO). Une version électronique sera également disponible sur le site du cours (dossier étudiant).. Bonne session à toutes et à tous... 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 8 de 10

9 Annexe 1 Calendrier Automne 2014 NOTE: L ordre du contenu peut changer étant donné que les notes de cours sont composées à même le déroulement de la session. Sem. / Séance Date Contenu 1/15 27 Aout Chapitre 0 : Introduction à l électrotechnique 1/15 28 Aout Chapitre 1 : Rappel des circuits monophasés: terminologie, opération élémentaire sur les phaseurs, étude du régime permanent dans un circuit R, L, C (notion d'impédance). Puissance des courants alternatifs sinusoïdaux, facteur de puissance. 2 / sept. Chapitre 1 (suite) 2 / sept. Chapitre 1 : (suite et fin) 3 / sept. Chapitre 2 : Les circuits triphasés: terminologie, représentation des systèmes triphasés équilibrés, groupement des circuits triphasés, puissance dans les systèmes triphasés équilibrés, couplage des récepteurs en étoile et en triangle, transformation étoile - triangle, mesure de puissance en circuit triphasé, intérêt des systèmes triphasés. 3 / Sept. Chapitre 2 : (suite) 4 / Sept. Chapitre 2 : (suite) 4 / Sept. Chapitre 2 : (suite et fin) 5 / Sept. Chapitre 3 : Rappel des notions fondamentales d'électromagnétisme. calcul des circuits magnétiques, circuits couplés, énergie magnétique emmagasinée, phénomène d'hystérésis, puissance et pertes dans le noyau, schéma électrique équivalent d'une bobine, chauffage par induction, aimants permanents. 5 / Sept. Chapitre 3 : (suite) 7 / Oct. Chapitre 3 : (suite) 7 / Oct. Chapitre 3 : (suite) 8 / Oct. Chapitre 3 : (fin) + révisions 8 / Oct. 11h à 12h15 : Initiation au projet de conception 16h à 18h45 : Examen de mi-session 8 / Oct. 16 Oct. Semaine de relâche 9 / Oct. Chapitre 4 : Transformateurs: définition transformateur parfait, transformateur réel, rendement d'un transformateur, transformateur triphasé, transformateurs spéciaux. 9 / Oct. Chapitre 4 : (suite) 10 / Oct. Chapitre 4 : (suite) 10 / Oct. Chapitre 4 : (suite et fin) 11 / Nov. Chapitre 5 : Machines tournantes à courant continu: rappel des lois fondamentales, génératrice à courant continu, principe de fonctionnement des moteurs à courant continu et alternatifs, contrôle de la vitesse des moteurs à courant continu, moteur série universel, principes directeurs de choix de moteurs pour une application. 11 / Nov. Chapitre 5 : (suite) 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 9 de 10

10 12 / Nov. Chapitre 5 : (suite) 1 / Nov. Chapitre 5 : (suite) 13 / Nov. Chapitre 5 : (suite et fin) 13 / Nov. Chapitre 6 : Introduction aux circuits de puissances et à la sécurité électrique : risques, liés aux défauts d'isolement, pour la sécurité des personnes et des biens; le disjoncteur, le sectionneur, le fusible; Schéma des Liaisons à la Terre (Régimes du neutre), distribution industrielle. 14 / Nov. Chapitre 6 : (suite) 14 / Nov. Chapitre 6 : (suite) 15 / Déc. Chapitre 6 : (suite et fin) 15 / Déc. Révisions Remise du projet de conception Examen de fin de session 6GEI322 Électrotechnique Plan de Cours Automne 2014 Page 10 de 10

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