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DISTRIBUTION DE L’ENERGIE CONTINUE

CINEMATIQUE

Distribution de l’énergie continue - CinématiqueDistribution de l’énergie continue - Cinématique

SYNTHESE CYCLE 2 TPCY2

Edition 1 - 05/11/2017

Lycée Jules Ferry - 06400 Cannes [email protected] 1/21

mailto:[email protected]


B - MODELISERB - MODELISERB - MODELISER

B1 : Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système

Associer les grandeurs physiques aux échanges d’énergie et à la transmission de puissanceB1 : Identifier et caractériser les grandeurs

physiques agissant sur un système Proposer des hypothèses simplificatrices en vue de la modélisationB2 Proposer un modèle de connaissance et de comportement

Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergieB2 Proposer un modèle de connaissance et de comportement Paramétrer les mouvements d’un solide indéformable

C - RESOUDREC - RESOUDREC - RESOUDRE

C1 : Choisir une démarche de résolutionProposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants des tensions, des puissances échangées, des énergies transmises ou stockéesC1 : Choisir une démarche de résolutionProposer une démarche permettant de déterminer une loi de mouvement

C2 : Procéder à la mise en œuvre d'une démarche de résolution analytique

Déterminer les courants et les tensions dans les composantsDéterminer les puissances échangées


Déterminer les courants et les tensions dans les composantsDéterminer les puissances échangées C2 : Procéder à la mise en œuvre d'une

démarche de résolution analytique Déterminer la trajectoire d’un point d’un solide par rapport à un autre C2 : Procéder à la mise en œuvre d'une démarche de résolution analytique

Déterminer le vecteur vitesse d’un point d’un solide par rapport à un autre


Déterminer le vecteur accélération d’un point d’un solide par rapport à un autreD - EXPERIMENTERD - EXPERIMENTERD - EXPERIMENTER

D1 Découvrir le fonctionnement d'un système pluri-technologique Mettre en oeuvre un système dans le respect des règles de sécurité

D3 Mettre en œuvre un protocole Expérimental

Mettre en oeuvre un appareil de mesure adapté à la caractéristique de la grandeur à mesurer


Mesurer les grandeurs potentielles et les grandeurs de flux dans les différents constituants d’une chaîne d’énergie


Respecter les protocoles expérimentaux



Edition 1 - 05/11/2017




SommaireA. ____________________________________________Distribution de l’énergie continue! 4

A.1.Puissances 4A.1.1. Transferts de puissanceA.1.2. Sens du transfertA.1.3. Travail d’une forceA.1.4. MAXPIDA.1.5. Cordeuse

A.2.Convertisseur statique : hacheur 10A.2.1. Principe généralA.2.2. Paramètres de la cellule de commutationA.2.3. Cellule de commutation connectée à un moteur à courant continu

A.3.Quadrants de fonctionnement 14A.3.1. Commande unipolaire

B. _________________________________________________________Lois entrée-sortie! 16

B.1.MAXPID 16

B.2.PILOTE AUTOMATIQUE 16

C. ________________________________________________________Notes personnelles! 20



Sommaire Edition 1 - 05/11/2017




A. Distribution de l’énergie continue

A.1. Puissances

A.1.1. Transferts de puissance

CHAÎNE D’ENERGIE

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR 1

Puissance électriqueFlux : CourantPotentiel : Tension

P1 =Ueff Ieff

Puissance électriqueP2 = K .P1 K <1( )

CONVERTIR 2

Puissance autre énergie

P3 =η1P2 η1 <1( )

Puissance autre énergie

P4 =η2P3 η2 <1( )

Rappel des variables :

Nature du fluxCaractéristique du fluxCaractéristique du flux

Nature du fluxVariable potentielle Variable de flux

Energie électrique Tension (V) Intensité (A)

Energie mécanique (translation) Force (N) Vitesse linéaire (m.s-1)

Energie mécanique (rotation) Couple (Nm) Vitesse angulaire (rad.s -1)

Energie pneumatique/hydraulique Pression (Pa) Débit (m 3.s -1)



Distribution de l’énergie Edition 1 - 05/11/2017




A.1.2. Sens du transfert

En fonctionnement moteur, la puissance transite depuis l’alimentation vers le récepteurMais la puissance peut être fournie par le récepteur et circuler vers l’alimentation : fonctionnement en

génératrice

CHAÎNE D’ENERGIE

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR 1 CONVERTIR 2

Transfert de puissance en mode moteur

Transfert de puissance en mode génératrice

En mode moteur, déplacement et effort en sortie du convertisseur sont orientés dans le même sens

En mode génératrice, déplacement et efforts en sortie du convertisseur sont opposés







A.1.3. Travail d’une force

Le travail fourni par une force exercée sur le solide se déplaçant du point A vers le point B se calcule par la définition :

WA→B(F

!") = F!".AB! "!!

= F!". AB! "!!

cos F!",AB! "!!( )

où le travail W est exprimé en Joules, la force F en Newton, et la distance AB en mètre

Le travail fourni par une force peut-être positif ou négatif :

• Dans le cas où la force s’oppose au mouvement, le travail est négatif et dit résistant.

• Dans le cas où la force ne s’oppose pas au mouvement, le travail est positif et dit moteur.

• Dans le cas où la force est perpendiculaire au mouvement, le travail est nul.

A.1.3.1. Exemple de montée d’une charge

Le travail fourni par la force Ftige exercée par la tige sur la charge se déplaçant d’un

point A à un point B est donnée par l’expression ::

WA→B(P!") = Ftige! "!!.AB! "!!

= Ftige.AB > 0 Ce travail fourni par la force Ftige est positif et donc moteur.

Le transfert d’énergie se fait de la tige vers la charge.

A.1.3.2. Exemple de descente d’une charge

Le travail fourni par la force Ftige exercée par la tige sur la charge se déplaçant

d’un point A à un point B est donnée par l’expression ::

WA→B(P!") = Ftige! "!!.AB! "!!

= −Ftige.AB < 0 Ce travail fourni par la force Ftige est négatif et donc résistant.

Le transfert d’énergie se fait de la charge vers la tige.

B

Pcharge

Ftige/charge

Vcharge/0

Charge

A

Vcharge/0

Pcharge

Ftige/charge

Charge

B

A







A.1.4. MAXPID

A.1.4.1. Simulation

Um et Im sont de même signe : le transfert se fait depuis le

moteur vers le bras

Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique de rotation

La simulation montre bien le transfert de puissance depuis le moteur électrique vers le bras







A.1.5.Expérimentation

Les courbes relevées sont cohérentes avec la simulation (temps de réponse, valeurs de tension et de courant)

Toutefois on observe une inversion du signe au moment où le bras est en passe d’atteindre la position désirée :

Inversion du signe: l'inertie du bras entraîne le

moteur au moment de la décélération

Le transfert de puissance s'effectue dans cette phase brève depuis le bras vers le moteur







A.1.6. Cordeuse

A.1.6.1. Simulation

Pour 0 ≤ t < 0,18 s le chariot accélère.

La puissance électrique est une grandeur positive, le transfert s’effectue depuis le moteur vers la tension de la cordeLorsque le chariot décélère, la tension de la corde crée un effort trop important par rapport à la décélération souhaitée.Le transfert de puissance est alors inversé (tension positive et courant négatif)

A.1.6.2. Expérimentation

L’inversion de sens du transfert de puissance n'apparaît pas expérimentalement, à cause des frottements dans le mécanisme.

Ces frottements n’ont pas été modélisés, ce qui explique l’écart observé entre le modèle et la réalité





Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique de translation

Fcorde

Vmors

Im

Um



A.2. Convertisseur statique : hacheur

A.2.1. Principe général

Le principe global d’une cellule de commutation d’un hacheur consiste à laisser passer le courant dans une charge de façon périodique, en fermant et ouvrant un interrupteur :

Interrupteur fermé pendant 0,αT[ [ Interrupteur ouvert pendant αT ,T[ [

! !

La tension moyenne aux bornes de la charge est

< u >= 1T

u(t)dt0

T

∫ = 1T

E.αT( )

< u >=αE

Lorsque la charge connectée est inductive (moteur à courant continu par exemple), alors l’établissement du courant donne lieu à la naissance d’un régime transitoire





Régime transitoire

Constante de temps τ = LR

Rapport cyclique



Par ailleurs, l’inductance accumule de l’énergie (une inductance est assimilable à une source de courant) qu’il est nécessaire de laisser circuler lorsqu’on ferme l’interrupteur

Il faut donc insérer une diode de roue libre qui aura pour fonction de faire circuler l’énergie accumulée.

Diode de roue libre

Interrupteur commandé

Pendant la phase de roue libre, l’énergie se dissipe dans la résistance :

Dans le cas extrême ou la résistance est nulle, l’énergie ne se dissipe pas. Elle reste constante et continuera à augmenter à chaque fermeture de l’interrupteur :

Dissipation de l’énergie dans la résistance







A.2.2. Paramètres de la cellule de commutation

Une cellule de commutation est caractérisée par :

• son rapport cyclique α

• sa fréquence de manipulation de l’interrupteur : fréquence de découpage

Le rapport cyclique influence la tension moyenne délivrée aux bornes de la charge, puisque < u >=αE :

Faible valeur de rapport cyclique Valeur importante de rapport cyclique

La fréquence de découpage influence la forme d’onde du courant. Une faible fréquence laisse le temps au régime transitoire de s’installer :

Faible fréquence de découpage Fréquence de découpage élevée







A.2.3. Cellule de commutation connectée à un moteur à courant continu

Lorsque la charge est constituée d’un moteur à courant continu, la présence de la fcém du moteur modifie l’allure de la tension

α = 0,5 − f = 500 Hz α = 0,9 − f = 500 Hz

! ! α = 0,5 − f = 50 Hz





Discontinuité du courant

La fcém charge l’inductance



A.3. Quadrants de fonctionnement

A.3.1. Commande unipolaire





+ + + +

Roue libre

Transfert d’énergie



!

Particularités de la commande bipolaire :

➢ Pas de phase de roue libre

➢ Marche avant si α > 0,5

➢ Marche arrière si α < 0,5

➢ Arrêt si α = 0,5







B. Lois entrée-sortie

B.1. MAXPID

B.2. PILOTE AUTOMATIQUE



Lois entrée-sortie Edition 1 - 05/11/2017




C. Notes personnelles

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Notes personnelles Edition 1 - 05/11/2017




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Crédits :



Notes personnelles Edition 1 - 05/11/2017




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