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.

Brevet de technicien supérieur Électrotechnique

• 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.