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PLAN DE COURS
Hiver 2009
GEL−22699 A − Matériaux de l'électrotechnique
Informations générales
Crédits :
Temps consacré :
Formule pédagogique :
Préalable(s) :
Concomitant(s) :
Site Web :
Intranet Pixel :
Enseignant(s) :
Responsable :
3
3−0−3−3
LT
GEL−15216
aucun
aucun
https://pixel.fsg.ulaval.ca
Dubois, Maxime [email protected]
Dubois, Maxime [email protected]
Description sommaire
Ce cours traite des matériaux utilisés dans les machines électriques, l'appareillage et les organes de
mesure et de protection: matériaux conducteurs, matériaux magnétiques et matériaux isolants. Après
des rappels de physique appliquée, les propriétés mécaniques, thermiques, électriques et magnétiques
de chaque matériau sont passées en revue ainsi que leur domaine d'application spécifique. Les diverses
technologies et procédures de mise en oeuvre des matériaux sont systématiquement illustrées par des
applications électrotechniques typiques. La technologie des matériaux est présentée de manière à
faciliter l'utilisation de la documentation des manufacturiers, l'analyse des mécanismes de
vieillissement et de défaillance, et le choix en fonction des cahiers des charges et des contraintes de
service dans le cas de la conception. L'accent est mis sur les normes, les essais de caractérisation ainsi
que sur la méthodologie de diagnostic des défauts et de maintenance prédictive sur les machines
électriques et l'appareillage.
Liens avec le(s) programme(s)
Ce cours participe à la poursuite des objectifs suivants du programme de baccalauréat en génie
électrique :
• acquérir une approche scientifique dans la résolution des problèmes;
• connaître les technologies pertinentes aux divers champs d'application du génie électrique;
• exploiter les connaissances acquises pour la conception et la réalisation de systèmes dans les
différents champs d'application du génie électrique.
• posséder les bases conceptuelles et physiques de la discipline du génie électrique.
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Objectifs
À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de:
• Comprendre les domaines d'application, les contraintes de mise en uvre, les performances, et
les mécanismes de dégradation des divers matériaux de l'électrotechnique,
• Spécifier les matériaux à utiliser pour la conception d'équipements,
• Analyser les données des constructeurs,
• Connaître et mettre en oeuvre diverses méthodologies de caractérisation des matériaux et de
maintenance prédictive des équipements.
Contenu
·
Généralités (3h) : Matériaux utilisés en électrotechnique − Matériaux constitutifs des machines
électriques, de l'appareillage et des appareils de mesure − Influence des matériaux sur la conception,
les performances, l'utilisation, la durée de vie et le recyclage des dispositifs − Rappels de thermique et
de résistance des matériaux − Contraintes de service − Exemples.
·
Matériaux conducteurs (9 h) : Types de matériaux − Conductivité − Propriétés thermiques −
Propriétés mécaniques − Pertes dans les conducteur : effet Joule − Pertes en courant alternatif − Effet
de peau et de proximité − Classes d'isolation − Normes − Essais − Vieillissement − Introduction à la
supraconductivité − Matériaux supraconducteurs − Applications
·
Matériaux magnétiques (9 h): Rappels − Hystérésis statique et dynamique − Pertes
magnétiques − Courants de Foucault − Matériaux doux et durs − Matériaux magnétiques isotropes et
anisotropes − Tôles − Grades et technologie − Propriétés thermiques et mécaniques − Vieillissement −
Dégradation des tôles à la mise en uvre Ferrites − Matériaux amorphes − Matériaux nanocristallins −
Matériaux magnétiques composites − Caractérisation des matériaux magnétiques − Matériaux durs :
Aimants permanents.
·
Matériaux isolants (9h): Rappels et historique − Polarisation et Conduction électrique
Absorption diélectrique Pertes diélectriques en alternatif Tenue du vide Claquage des isolants
solides, liquides et gazeux − Mécanismes de dégradation des isolants − Contraintes de service et
défaillances des isolants dans les applications − Essais − Normes CEI et IEEE.
·
Méthodologie de caractérisation et de diagnostic (9h): Maintenance prédictive −
Hystérésimètres − Méthode d'Epstein − Méthode ELCID − Tests d'isolation Instrumentation −
Méthode des décharges partielles − Analyse chimique − Normes CEI et IEEE.
Consignes sur les travaux
Six séances de travaux pratiques sont associées au cours :
TP 1: Échauffement des conducteurs
TP 2: Pertes dans les conducteurs parcourus par des courants alternatifs
TP 3: Caractérisation de divers matériaux magnétiques (Tôles et Ferrites)
TP 4: Mesure des pertes magnétiques dans les machines électriques
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TP 5: Tests d'isolation et de claquage des isolants
TP 6: Tests d'isolation des bobinages de machines électriques
Une séance de bureau d'étude en équipe est consacrée à l'étude d'exemples d'application : les étudiants
doivent sélectionner chez les manufacturiers des matériaux pour une étude de faisabilité de dispositifs
dont les cahiers des charges sont fournis et produire un rapport.
Modalités sur les laboratoires
Règlement sur la sécurité dans les laboratoires du Département de génie électrique et de génie
informatique et formation sur les dangers de l'électricité
Le Département de génie électrique et de génie informatique a adopté un règlement sur la sécurité
dans ses laboratoires.
Ce règlement est disponible à l'adresse :
http://www2.gel.ulaval.ca/fileadmin/documentation/services/securite/reglements−securite−lab−v2.pdf
Tous les étudiants sont priés de respecter celui−ci scrupuleusement.
Par ailleurs une formation sur les dangers de l'électricité est offerte aux étudiants à chaque début de
session. Certains cours exigent que cette formation soit suivie avant le début des laboratoires.
Les étudiants qui n'auront pas suivi cette formation se verront refuser l'accès aux laboratoires.
Déroulement du cours
Trois heures par semaine (cours magistral offerts par les professeurs et séminaires présentés par des
ingénieurs de l'industrie).
Travaux pratiques et Bureaux d'études en équipe.
Détails sur les modalités d'évaluation
Deux examens écrits, individuels et obligatoires sont prévus dans le programme (au milieu et à la fin
du trimestre). La cote finale est déterminée par la moyenne générale qui sera calculée avec la
pondération suivante: 35% pour chaque examen écrit, 30% pour la moyenne des travaux pratiques et
bureaux d'études .
La note de passage est de 50%.
Bibliographie
P.BRISSONNEAU Magnétisme et matériaux magnétiques pour l'électrotechnique Edition Hermès
1997
R. FOURNIÉ Diélectriques Bases théoriques, Ref D2300, Encyclopédie des Techniques de
l'Ingénieur, http://www.techniques−ingenieur.fr/
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B. PINEL, F. DUCHATEAU Fonction isolation dans les matériels électriques, Ref D2302,
Encyclopédie des Techniques de l'Ingénieur, http://www.techniques−ingenieur.fr/
R. FOURNIE Les isolants en électrotechnique − Concepts et théories, Tome 1. N° Eyrolles 1608
1986
R. FOURNIE Les isolants en électrotechnique − Essais − Mécanismes de dégradation. Tome 2 −
Applications industrielles, Tome 1. N° Eyrolles 1622 1990
ROBERT, P. Matériaux de l'électrotechnique, Dunod, 1987
Horaire et disponibilités
Plages normales : aucun
Dépannages : aucun
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation
L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette,
baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre
activité durant laquelle l'enseignant l'interdit.
De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation.
Pour l'année 2008−2009, les modèles suivants sont autorisés :
Hewlett Packard
Texas Instrument
Sharp
Casio
HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S
TI−30Xa, TI−30XIIB, TI−30XIIS, TI−36X,
BA35
EL−531*, EL−546*, EL−520*
ASIO FX−300 MS, FX−300W Plus
* Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro
Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP
étudiante ZONE.
Information spécifique aux étudiants de l'École d'actuariat
Les calculatrices autorisées lors des examens sont uniquement les modèles répondant aux
normes de la Society of Actuaries et de la Casualty Actuarial Society pour leurs examens,
soit les modèles Texas Instruments suivants :
• BA−35 (solaire ou à pile)
• BA II Plus
• BA II Plus Professional
• TI−30Xa
• TI−30X II (IIS ou IIB)
• TI−30X MultiView (XS ou XB)
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Politique sur le plagiat et la fraude académique
L'Université Laval possède des dispositions relatives au plagiat et à la fraude académique. Le
« Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'Université Laval » est disponible à cette
adresse http://www.ulaval.ca/sg/reg/Reglements/Disc. Ce texte encadre les activités sanctionnées sur
le plan du plagiat, de la tricherie et de la fraude académique. Ces mesures ont été mises en place afin
de protéger l'intégrité académique au sein de l'institution « dans le but de préserver la crédibilité des
attestations ou des diplômes délivrés et afin de s'assurer que les relevés de notes et les diplômes
témoignent de la compétence et de la formation réelle des étudiants ». Parmi les infractions
académiques, l'article 28 répertorie différentes infractions reliées au plagiat:
• copier un document;
• utiliser l'oeuvre d'autrui, en tout ou en partie, sans en mentionner la source;
• soumettre le même travail dans deux cours différents à l'insu des enseignants;
• etc.
Ce règlement s'attribue à toutes les activités exigées de l'étudiant dans le cadre de son cours et de son
programme d'études. Les conséquences peuvent mener à une réprimande, une mise en probation,
l'attribution d'une cote « R », une suspension d'inscription à l'Université, le congédiement, une
expulsion ou au rappel du diplôme de l'individu.
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