Analyse des circuits lectriques GPA 220 Cours 1

Analyse des circuits électriques -GPA 220 - Cours #1: Introduction à la matière, loi d’Ohm et lois de Kirchhoff Enseignant: Jean-Philippe Roberge S Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Cours #1 S Présentation personnelle S Présentation du plan de cours S Discussion sur vos intérêts et attentes S Introduction à la matière (Chapitre 1): S Pré-entrée en matière S Concepts fondamentaux, variables utilisées en génie électrique: S Voltage, courant et autres éléments de base S Définition de puissance et d’énergie 2 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Cours #1 S Concepts fondamentaux (Suite): S Composantes électriques S Sources de courant et de tension S Loi d’Ohm S Lois de Kirchhoff S Principe de la conservation de la puissance S Questions et commentaires 3 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Présentation personnelle S Formation académique: S Tech. (Ahuntsic, génie électrique – instrumentation et contrôle) S B. Ing. (ÉTS, génie de la production automatisée) S M. Sc. A. (École Polytechnique, génie électrique – Contrôle et systèmes robotiques) S Ph. D. (Stanford – ÉTS , systèmes haptiques et intelligence tactile, en cours) S Expérience professionnelle en recherche (plus récente) : S Agence spatiale canadienne (2009 -2012): S -Ingénieur & adjoint de recherche en robotique mobile au département du développement de l’exploration spatiale. S École Polytechnique (2010 -2012) : S -Chargé de cours et labs: Robotique (ELE 4203) et systèmes linéaires (ELE 3202) S ÉTS (2013 -présent): S -Professionnel de recherche au laboratoire de Commande et de Robotique (Co. Ro) S -Chargé de cours: GPA 435 – GPA 220 – GPA 141 S Institut de Recherche en Électricité du Québec – IREQ (2013 -présent): S Contracteur / Consultant – Laboratoire d’expérimentation (robotique) Travaux de recherche actuels Intérêts Site web: http: //www. jproberge. net Linkedin: http: //ca. linkedin. com/in/jproberge S S S 4

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Qui suis-je ? • Travail à la création de nouveau capteur • Composantes pour robot (ex: main) • Commande des robots destinés à interagir avec l’humain

Quelques-unes de mes publications… S Roberge, Jean-Philippe. "Conception et intégration d'un capteur LIDAR 3 D pour la navigation autonome des robots mobiles en terrain inconnu". Masters thesis, École Polytechnique de Montréal. S Motamedi, M. R. ; Roberge, J. -P. ; Duchaine, V. , "Tactile Sensation Transmission from a Robotic Arm to the Human Body via a Haptic Interface, " in World Haptics Conference (WHC), 2015 IEEE , vol. , no. , pp. 139 -145, 22 -26 June 2015 S Motamedi, M. R. ; Roberge, J. -P. ; Duchaine, V. , "The Use of Vibrotactile Feedback to Restore Texture Recognition Capabilities, and the Effect of Subject Training, " submitted to 2015 IEEE Transactions on Haptics. S Rana, A. and Roberge, J. -P. and Duchaine, V. , "Improved Soft Dielectric for Increasing Sensitivity of Capacitive Based Tactile Sensor ", submitted to IEEE Transactions on Robotics 2015. S Motamedi, M. R. ; Roberge, J. -P. ; Chossat, J. -B. , Duchaine, V. , "Haptic Feedback for Improved Robotic Arm Control During Simple Grasping Task", submitted to International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2016. S Roberge, J. -P. ; Rispal, S. ; Duchaine, V. , "Unsupervised Feature Learning for Classifying Dynamic Tactile Events Using Sparse Coding", submitted to International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2016. S Cockburn, D. and Roberge, J. -P. and Duchaine, V. , "Sparse Coding of Tactile Sensor Signals to Enhance Grasping and Manipulation Skills", IEEE International Conference on Artificial Life and Robotics 2016, (Accepté, parution Janvier 2016). 8

Présentation du plan de cours 9 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Vos intérêts et attentes? 10 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Pré-entrée en matière S Quel est la pertinence du cours ? S Design / Conception de circuits électriques S Liens avec vos objectifs de carrière S Culture générale de l’ingénieur S Mes attentes face à vous… 11 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (1) S Charges électriques S Analogie: molécule d’eau S Se mesure en Coulombs, dénoté C S Polarité: une charge peut être positive ou négative! S Normalement représenté par la variable q Charles-Augustin de Coulomb 12 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (2) S Courant électrique S Analogie: courant dans une rivière (débit) S Se mesure en Ampères, dénoté A S Comme dans une rivière, le courant à un sens! S Normalement représenté par la variable i S Par conséquent, en génie électrique: André-Marie Ampère S Le courant électrique représente le mouvement des charges électriques: 13 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (3) S On distingue deux types de courant: S 1) Continu (Edison): S 2) Alternatif (Westinghouse): 14 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (4) S Tension S Analogie: Potentiel de chute d’eau d’un barrage, différence de pression. S Se mesure en Volts, dénoté V S Normalement représenté par la variable v, E ou U S Parfois nommé force électromotrice Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta S Le voltage est l’énergie par unité de charge, créée par la séparation des charges: 15 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (5) S Convention passive des signes (CPS): 16 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Variables utilisées en génie électrique (6) S Puissance S Analogie: Puissance (barrage) S Se mesure en Watts, dénoté W S Représenté par la variable P S La puissance est le travail réalisé par rapport au temps, ou encore la variation d’énergie: 17 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (1) S La résistance S Analogie: Diminution du diamètre d’un tuyau (plomberie) S Se mesure en Ohm, dénoté Ω S Représenté par la variable R S Une résistance est un mauvais conducteur qui dissipe de la puissance en chauffant 18 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (2) S La résistance (suite) S Code de couleur: 19 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

La loi d’Ohm (1) S Rappel: Nous avons fait l’analogie entre 1) une résistance et la diminution du diamètre d’un tuyau et 2) la tension électrique et une différence de pression… S Si un courant électrique passe à travers une résistance, il se créé donc une différence de pression (tension) aux bornes de la résistance. S La loi d’Ohm traduit se phénomène: 20 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

La loi d’Ohm (2) S Schémas, en respectant la CPS: S Sinon: 21 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

La loi d’Ohm (3) S La conductance S Se mesure en Mho, dénoté S ou Ω-1 S Représenté par la variable G S Bien que ce terme sera peu utilisé dans le cadre du cours, la conductance est l’inverse de la résistance: S Donc: 22 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Puissance dissipée dans une résistance S Une résistance R donnée dissipe de la puissance proportionnellement au carré du courant qui la traverse, i. e. : 23 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (3) S Sources indépendantes: 24 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (4) S Sources dépendantes: 25 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Composantes électriques (5) S Sources dépendantes: 26 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (1) S Définissons d’abord les noeuds et les boucles: S 1) Un noeud est un point de connexion d’au moins deux éléments d’un circuit. 27 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (2) S Définissons d’abord les noeuds et les boucles (suite): S 1) Une boucle est un chemin fermé dans un circuit électrique S Truc: ne jamais rencontrer un noeud plus d’une fois 28 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (3) S Maintenant que nous avons définis ce que sont les noeuds et les boucles, nous introduisons les lois de Kirchhoff. S 1) La loi des courants: la somme des courants entrant dans un noeud est nulle. Autre formulation: la quantité de courant qui entre dans un noeud doit égaler celle qui sort. S 2) La loi des tensions: la somme des tensions sur le parcours d’une boucle est nulle. SAttention aux signes! 29 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Lois de Kirchhoff (4) S Ces deux lois nous permettront de poser le système d’équations qui nous permettra de résoudre le système (quantifier les courants et les tensions en tout point d’un circuit électrique) S Les lois de Kirchhoff s’appliquent également en présence de source(s) de tension dépendante(s). En présence d’une source dépendante, le système d’équation sera augmenté d’une équation et d’une variable. 30 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Principe de conservation de la puissance S Toute puissance amenée au système doit être consommée! 31 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014

Références S [1] Présentations Power. Point du cours GPA 220, Vincent Duchaine, Hiver 2011 S [2] NILSSON, J. W. et S. A. RIEDEL. Introductory Circuits for Electrical and Computer Engineering, Prentice Hall, 2002. 32 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014