A-1. Électricité générale :

A-1.1. Circuits en régime variable :

• Dipôles passifs, dipôles actifs, lois générales associées ;
• Électromagnétisme : induction électromagnétique, loi de Lenz, force électromotrice, inductance, induction mutuelle, auto*induction, tension induite dans un conducteur ;
• Circuits magnétiques : loi d’Hopkinson, théorème d’Ampère, influence d’un entrefer, aimants permanents.

A-1.2. Circuits en régime sinusoïdal (permanent, monophasé) :

• Représentation de Fresnel. Notation complexe ;
• Dipôles passifs et dipôles actifs ;
• Loi d’Ohm généralisée et théorème de Thévenin ;
• Quadripôles adaptateurs : adaptation d’un signal en impédance, en tension, en courant ;impédance caractéristique ;
• Puissances, facteur de puissance ;
• Circuits magnétiques (bobine à noyau de fer : modèle équivalent).

A-1.3. Circuits en régime périodique (permanent) :

• Valeurs moyenne et efficace, facteur de forme ;
• Principe de superposition ; théorème de Fourier ;
• Puissances en régime périodique : application limitée au cas où l’une des deux grandeurs tension, intensité est sinusoïdale et l’autre pas. ;
• Puissances active, réactive, déformante, apparente, facteur de puissance.

A-1.4. Système triphasé :

• Tensions et courants triphasés ;
• Montage étoile, montage en triangle ;
• Systèmes équilibrés et déséquilibrés en courant ;
• Schéma monophasé équivalent ;
• Champs tournants ;
• Puissances.

A-1.5. Ondes :

• Ondes progressives : quelques exemples d’ondes et leurs caractéristiques ; lois de la réflexion et de la réfraction ;
• Notions d’optique ondulatoire et géométrique (miroir plan, lentilles minces et fibre optique) ;
• Description des principes physiques mis en jeu dans quelques sources lumineuses : sources à incandescence et sources à décharge ;
• Grandeurs photométriques d’émission : flux énergétique, flux lumineux et éclairement ;
• Perturbations électromagnétiques par conduction par induction, par effet capacitif, par rayonnement : causes, effets, remèdes.

• Connaissances (C) :

• Relation tension * courant ou courant * tension pour les dipôles élémentaires ;
• Diagrammes de Fresnel, différence de phases et déphasage ;
• Impédances complexes ;
• Théorème de Thévenin. Principe de superposition ;
• Théorème de Boucherot ;
• Valeur moyenne. Valeur efficace ;
• Puissances en régime non sinusoïdal ;
• Théorème d’Ampère ;
• Loi d’Hopkinson.

• Savoir-faire théoriques (T) :

• Calculer des courants et des puissances en régime sinusoïdal ;
• Construire une représentation vectorielle de tensions et de courants ;
• Calculer des valeurs moyennes et efficaces ;
• Exploiter le développement en série de Fourier ;
• Appliquer le théorème d’Ampère et la loi d’Hopkinson dans le cas d’un schéma magnétique équivalent donné ;
• Donner la signification physique des éléments du schéma équivalent de la bobine à noyau de fer.

• Savoir-faire expérimentaux (E) :

• Choisir et mettre en œuvre des appareils de mesure pour mesurer des valeurs moyennes, des valeurs

efficaces, des puissances, des déphasages ;

• Identifier le rang et mesurer la valeur efficace d’un harmonique ;
• Mettre en évidence les perturbations électromagnétiques BF et HF.

A-2. Énergie

A-2.1. Les différentes formes d’énergie : Quelques exemples :

• Énergies renouvelables ;
• Transformation et conservation de l’énergie ;
• Pertes et rendement.

A-2.2. Production d’énergie électrique :

• Centrales thermique, hydraulique et nucléaire ;
• Énergie éolienne ;
• Énergie photovoltaïque ;
• Cogénération ;
• Sources d’énergie autonomes : piles, accumulateurs, piles à combustible.

A-3. Solide et fluide en mouvement :

(À associer au thème électrotechnique : l’entraînement électrique)

A-3.1. Principe fondamental de la dynamique appliqué au solide :

• En mouvement de translation ;
• En mouvement de rotation autour d'un axe fixe.

A-3.2. Aspect énergétique

• Travail, puissance, rendement ;
• Énergie cinétique, énergie potentielle, énergie mécanique ;
• Frottements.

A-3.3. Moteurs électriques et charges mécaniques

• Caractéristiques couple vitesse de quelques moteurs électriques ;
• Caractéristiques couple vitesse de diverses charges mécaniques : charges à couple constant, parabolique ou hyperbolique ;
• Point de fonctionnement ;
• Critères de stabilité ;
• Adaptation vitesse moment d’inertie ;
• Études de cas usuels portant sur des ensembles comprenant moteurs et masses à mettre en mouvement ;

A-3.4. Dynamique des fluides

• Débit ;
• Viscosité ;
• Théorème de Bernoulli ;
• Pertes de charge.

• Connaissances (C) :

• Vitesse et accélération ;
• Principe fondamental de la dynamique.

• Savoir-faire théoriques (T) :

• Déterminer des caractéristiques (couples, vitesse) d’une machine permettant d’entraîner une charge donnée ;
• Déterminer le point de fonctionnement d’un ensemble moteur pompe.

• Savoir-faire expérimentaux (E) :

• Mesurer le moment d’inertie d’une charge mécanique entraînée par un moteur électrique ;
• Tracer l’évolution d’un couple résistant d’une charge en fonction de la vitesse.

A-4. Électrothermie : Niveau

(À associer au thème électrotechnique : l’électrothermie) 1 2 3 4

A-4.1. Les différents modes de transmissions de la chaleur : convection, conduction, rayonnement

A-4.2. Résistance et capacité thermiques : modélisation.

A-4.3. Différents procédés de production de la chaleur (résistance, induction, micro*ondes, infrarouge) : principe, caractéristiques principales, réglages.

• Savoir-faire théoriques (T) :

• Étudier l’échauffement d’un câble ;
• Étudier l’échauffement d’une machine en service continu ou intermittent.

• Savoir-faire expérimentaux (E) :

• Déterminer la constante de temps thermique d’un processus.

A-5. Régimes transitoires dans les systèmes physiques :

A-5.1. Régime permanent et régime transitoire :

• Définitions ;
• Système linéaire du premier ordre, système linéaire du second ordre et équations différentielles associées (écriture normalisée) ;
• Réponse à un échelon.

A-5.2. Applications à quelques exemples :

• en électricité ;
• en mécanique ;
• en électrothermie.

• Savoir-faire théoriques (T) :

• Écrire l’équation différentielle associée à un système physique ;
• Faire apparaître la constante de temps ;
• Tracer et exploiter la réponse d’un système du 1er ordre ;
• Faire apparaître le coefficient d’amortissement m et la pulsation propre ω0 ;
• Pour un système du 2nd ordre : savoir trouver la solution, par le calcul, lorsque m = 0 ; savoir trouver la solution, par un travail sur abaque, lorsque m 0.

• Savoir-faire expérimentaux (E) :

• Mesurer une constante de temps ;
• Mesurer une période d’oscillations et un coefficient d’amortissement.

B- Machine à courant continu et hacheur

B-1. Machines à courant continu :

(À associer au thème électrotechnique : les différents types d’actionneurs électriques)

B-1.1. Principe de fonctionnement, constitution, excitations indépendante et série.

B-1.2. Schéma équivalent, réversibilité, bilan de puissances.

B-1.3. Caractéristique mécanique T(n).

B-1.4. Procédés de variation de vitesse.

B-1.5. Principe du moteur universel.

B-2. Conversion continu continu : hacheurs en conduction continue

B-2.1. Structures des hacheurs :

• Cellules de commutation ;
• Hacheurs série, parallèle réversibles deux et quatre quadrants.

B-2.2. Utilisation des hacheurs :

(À associer au thème électrotechnique : la chaîne de commande des machines)

• Application à la motorisation électrique : variation de vitesse, contrôle de couple et/ou de vitesse, de tension et/ou de courant.

• Connaissances (C) : • Machine à courant continu :

• Modèles de la machine à courant continu en régime permanent et en régime transitoire ;
• Réseau de caractéristiques électromécaniques T(n) ;
• Bilan de puissance.

• Hacheur :

• Sources de tension, sources de courant : association, réversibilité ;
• Structure des montages classiques : hacheur série, parallèle, réversible en courant, réversible en tension, 4

quadrants ;

• Influence du rapport cyclique sur la valeur moyenne de la tension de sortie ;
• Réversibilité et types de réversibilité.

• Savoir-faire théoriques (T) : • Machine à courant continu :

• Déterminer les éléments des modèles équivalents ;
• Déterminer le rendement d’une machine à courant continu ;
• Déterminer le cycle de fonctionnement T(n) d’un groupe moteur charge.

• Hacheur :

• Déterminer les intervalles de conduction pour en déduire les formes d’ondes des tensions et des courants ;
• Calculer les valeurs moyennes de la tension de sortie et du courant fourni par la source ;
• Écrire et résoudre l’équation différentielle régissant le courant dans la charge pour en déduire son

ondulation ;

• Calculer les puissances en sortie et à l’entrée du hacheur.

• Savoir-faire expérimentaux (E) : • Machine à courant continu :

• Établir un bilan de puissances de la MCC : méthodes directes et indirectes de mesurage ;
• Régler un point de fonctionnement.

• Hacheur :

• Relever les formes d’ondes pour en déduire les intervalles de conduction ;
• Régler et mesurer un rapport cyclique ;
• Mesurer les valeurs moyennes, l’ondulation du courant, et les puissances.

• Association :

• Mettre en œuvre une association hacheur machine à courant continu. (procédure de démarrage et réglage

d’un point de fonctionnement) ;

• Identifier la nature du fonctionnement : réversibilité, sens du transfert de puissance.

Niveau C- Transformateurs et redresseurs :

C-1. Transformateurs :

(À associer au thème électrotechnique : le transport de l’énergie électrique)

C-1.1. Transformateur monophasé.

• Constitution. Principe.
• Schéma équivalent. Caractéristique externe. Rendement.

C-1.2. Transformateur triphasé :

• Constitution et couplages, indice horaire ;
• Schéma équivalent. Caractéristiques. Rendement

C-2. Conversion alternatif continu : redresseurs

C-2.1. Cellules de commutation à cathodes communes et à anodes communes

C-2.2. Redresseurs non commandés :

(À associer au thème électrotechnique : la distribution)

• Montages monophasés et triphasés à commutation double en conduction continue.
• Filtrage par condensateur, étude qualitative des courants et tensions.

C-2.3. Redresseurs commandés en conduction continue

• Réversibilité du montage, conditions nécessaires à ce type de fonctionnement.

C-3. Associations transformateur redresseur :

(À associer au thème électrotechnique : la distribution)

• Forme des courants au primaire du transformateur.

C-4. Associations redresseur machine à courant continu :

(À associer au thème électrotechnique : la chaîne de commande des machines)

• Fonctionnement dans (un, deux) quatre quadrants.

• Connaissances (C) : • Transformateurs :

• Formule de Boucherot ;
• Expression de la puissance apparente nominale ;
• Bilan de puissances.

• Redresseurs :

• Structure des montages classiques : PD2, PD3 ;
• Influence du retard à l’amorçage sur la valeur moyenne de la tension de sortie ;
• Réversibilité.

• Savoir-faire théoriques (T) : • Transformateurs en régime sinusoïdal de tension :

• Déterminer les éléments du modèle équivalent ramenés au secondaire dans l’hypothèse du flux maximum

constant ;

• Déterminer le rendement d’un transformateur ;
• Déterminer le rapport de transformation et l’indice horaire.

• Redresseurs :

• Déterminer les intervalles de conduction pour en déduire les formes d’ondes des tensions et des courants ;
• Calculer la valeur moyenne de la tension de sortie ;
• Calculer les puissances et le facteur de puissance à l’entrée du montage dans l’hypothèse du courant de charge constant.

• Savoir-faire expérimentaux (E) : • Transformateurs :

• Déterminer le rendement d’un transformateur ;
• Déterminer les bornes homologues. Mesurer l’indice horaire.

• Redresseurs :

• Relever les formes d’ondes pour en déduire les intervalles de conduction ;
• Mesurer la valeur moyenne de la tension redressée, les puissances, le facteur de puissance, les harmoniques et le TDH.

• Associations :

• Mettre en œuvre une association redresseur machine à courant continu (Procédure de démarrage et réglage d’un point de fonctionnement) ;
• Réversibilité : identifier la nature du fonctionnement (sens du transfert de puissance).

D- Machine asynchrone et convertisseur de fréquence :

D-1. Machines asynchrones :

(À associer au thème électrotechnique : les différents types d’actionneurs électriques)

D-1.1. Constitution, principe de fonctionnement

D-1.2. Schémas équivalents, réversibilité, bilan de puissance.

D-1.3. Caractéristique mécanique T(n) à fréquence constante.

D-1.4. Procédés de variation de vitesse.

D-2. Conversion continu alternatif : Onduleurs

D-2.1. Structure des onduleurs

• Onduleurs en pont et triphasés ;
• Différentes commandes : symétrique, à modulation de largeur d'impulsions.

D-2.2. Applications des variateurs de fréquence :

(À associer au thème électrotechnique : chaîne de commande des machines)

• Variateurs de vitesse pour moteur asynchrone : structure des variateurs, fonctionnement à U/f = constant, réversibilité de l'ensemble, harmoniques de tension, de courant et de couple.
• Machine asynchrone autopilotée. Introduction à la commande vectorielle.

D-2.3. Autres applications des onduleurs :

• Onduleurs de secours ;

(À associer au thème électrotechnique : la distribution)

• Onduleur à résonance : chauffage à induction.

(À associer au thème électrotechnique : l’électrothermie) • Connaissances (C) : • Machine asynchrone :

• Expression des pertes rotoriques par effet Joule ;
• Bilan de puissances ;
• Réseau de caractéristiques électromécaniques T(n).

• Onduleur :

• Structure des onduleurs en pont monophasé et triphasé ;
• Influence du taux de modulation sur la valeur efficace du fondamental de la tension de sortie ;
• Intérêt de la commande MLI.

• Savoir-faire théoriques (T) : • Machine asynchrone :

• Déterminer le rendement d’une machine asynchrone ;
• Déterminer les éléments d’un modèle équivalent ;
• Exploiter le modèle équivalent pour en étudier une grandeur électrique ;
• Établir l’expression du couple électromagnétique.

• Onduleur :

• Déterminer les intervalles de conduction pour en déduire les formes d’ondes des tensions et des courants ;
• Calculer les puissances en sortie et à l’entrée de l’onduleur.

• Savoir-faire expérimentaux (E) : • Machine asynchrone :

• Déterminer le rendement de la machine asynchrone : méthodes directe et indirecte de mesurage ;
• Déterminer les éléments d’un modèle équivalent ;
• Mettre en évidence la réversibilité de la machine.

• Convertisseur de fréquence :

• Relever les formes d’ondes et en déduire les intervalles de conduction ;
• Mesurer la valeur efficace du fondamental de la tension et du courant, le TDH et les puissances.

• Association :

• Mettre en oeuvre une association convertisseur de fréquence machine asynchrone. (procédure de démarrage et réglage d’un point de fonctionnement) ;
• Mettre en évidence l’intérêt de la commande vectorielle ;
• Comparer les performances selon la commande du convertisseur utilisé.

E- Machine synchrone et convertisseur de fréquence :

E-1. Machine synchrone :

E-1.1. Constitution :

• Principe de fonctionnement ;
• Réversibilité ;
• Schéma équivalent de la machine synchrone à pôles lisses non saturée (diagramme à réactance synchrone) ;
• Bilan de puissances.

E-1.2. Alternateur :

(À associer au thème électrotechnique : la distribution)

• Alternateur autonome : caractéristiques électriques, détermination par méthodes directes et indirectes ;
• Alternateur couplé sur un réseau : transfert des puissances active et réactive.

E-1.3. Machine synchrone autopilotée :

(À associer au thème électrotechnique : les différents types d’actionneurs électriques)

• Structure du dispositif. Fonctionnement. Réversibilité. Caractéristiques mécaniques T (n).

• Connaissances (C) : • Machine synchrone :

• Schéma et diagramme à réactance synchrone ;
• Bilan de puissance.

• Savoir-faire théoriques (T) : • Machine synchrone :

• Déterminer les éléments du schéma équivalent à réactance synchrone ;
• Déterminer le rendement d’une machine synchrone ;
• Exploiter le schéma équivalent : puissances, couple.

• Savoir-faire expérimentaux (E) : • Machine synchrone :

• Coupler une machine synchrone sur le réseau ;
• Déterminer le rendement de la machine synchrone ;
• Déterminer les éléments du modèle équivalent ;
• Mettre en évidence la réversibilité de la machine.

• Association :

• Mettre en œuvre une association convertisseur de fréquence machine synchrone : réglage d’un point de fonctionnement, performances.

Niveau F- Régulation et asservissement industriels :

F-1. Conversion d'une grandeur physique en un signal électrique :

F-1.1. Principes physiques des capteurs les plus utilisés, fidélité, justesse et précision.

(À associer au thème électrotechnique : l’acquisition de l’information)

F-1.2. Principaux types de capteurs, exemples caractéristiques dans les domaines analogique et numérique : capteurs de courant, de tension, de déplacement, de vitesse, de position et de température.

(À associer au thème électrotechnique : l’acquisition de l’information)

F-1.3. Échantillonnage et numérisation d'un signal.

F-2 Régulation et asservissement :

(À associer au thème électrotechnique : chaîne de commande des machines)

F-2.1. Principes : chaîne d'action, de réaction, propriétés en boucle fermée, précision, exemples dans le domaine analogique. Formalisme de Laplace.

F-2.2. Réponse indicielle, réponse harmonique, diagramme de Bode.

F-2.3. Stabilité, dilemme stabilité précision, correction proportionnelle, intégrale et dérivée.

F-2.4. Critères de réglage :

• Marge de phase, marge de gain ;
• Méthode de Broïda.

F-2.5. Applications :

• Régulation de tension, de courant ou de couple ;
• Asservissement de vitesse et de position ;
• Variateur de vitesse réversible avec boucles de courant et de vitesse imbriquées : étude d'un cycle : démarrage, freinage et inversion du sens de marche ;
• Régulation de température.
• Connaissances (C) :
  • Principes physiques des principaux types de capteurs ;
  • Fonctions de transfert ;
  • Schéma fonctionnel d’une boucle de régulation ;
  • Propriétés en boucle fermée.
• Savoir-faire théoriques (T) :
  • Établir l’expression de la fonction de transfert d’une chaîne de commande ;
  • Savoir déterminer la précision d’un processus ;
  • Vérifier les performances du système avec son correcteur ;
  • Déterminer la marge de phase pour en déduire la correction proportionnelle nécessaire ;
  • Appliquer la méthode de Broïda
• Savoir-faire expérimentaux (E) :
  • Mettre en œuvre un variateur de vitesse réversible avec boucles de courant et de vitesse imbriquées, étude d'un cycle démarrage, freinage et inversion du sens de marche.

Niveau G- Convertisseur alternatif / alternatif : gradateurs

G-1. Structure des gradateurs monophasé et triphasé

G-1.1. Utilisation sur charge résistive :

(À associer au thème électrotechnique : l’électrothermie)

G-1.2. Utilisation sur charge inductive

(À associer au thème électrotechnique : la qualité de l’énergie en environnement perturbé)

G-1.3. Diverses commandes : retard de phase et train d’ondes.

(À associer au thème électrotechnique : l’électrothermie) G-2. Utilisation des gradateurs :

G-2.1. Contacteur statique

(À associer au thème électrotechnique : la chaîne de commande des machines)

G-2.2. Démarrage et modification de vitesse des moteurs asynchrones

(À associer au thème électrotechnique : la chaîne de commande des machines)

G-2.3. Compensateur de puissance réactive

(À associer au thème électrotechnique : la qualité de l’énergie en environnement perturbé)

• Connaissances (C) :
  • Structure des gradateurs monophasé et triphasé ;
  • Modes de réglage de la valeur efficace.
• Savoir-faire théoriques (T) :
  • Déterminer les intervalles de conduction sur charge purement résistive et purement inductive pour en déduire les formes d’ondes ;
  • Calculer la valeur efficace de la tension ;
  • Calculer les puissances à partir de l’expression du fondamental du courant.
• Savoir-faire expérimentaux (E) :
  • Régler un retard à l’amorçage ;
  • Mesurer des valeurs efficaces et des puissances.

H Qualité de l’énergie électrique : Niveau

(À associer au thème électrotechnique : la qualité de l’énergie en environnement perturbé)

H-1. Notions d’ondes et de rayonnement.

H-2. Pollution harmonique, norme CEM.

H-3. Compensation de l’énergie réactive :

• Amélioration du facteur de puissance : filtrage passif et filtrage actif.

H-4. Absorption sinusoïdale

• Savoir-faire théoriques (T) :
  • Calculer un facteur de puissance avec filtre passif.
• Savoir-faire expérimentaux (E) :
  • Observer par des manipulations les perturbations dues aux harmoniques et leurs effets sur les équipements ;
  • Analyser les relevés de mesure ;
  • Mesurer le facteur de puissance et le TDH avant et après mise en place d’un filtre ;
  • Mesurer un spectre rayonné en BF ou HF.