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Cours de sciences d'ingénieurs
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B-2
014/
2015
Sciences Math B
2014/2015
https://sites.google.com/site/profsi2015/
SCIENCES DE LINGENIEUR Manuel de cours
chane d'nergie
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Table des matires
Alimenter ................................................................................................................................................. 5
.I Introduction : ............................................................................................................................................................. 5
.II Situation : ..................................................................................................................................................................... 5
Energie Electrique : Rseau national : ................................................................................................... 6
.I Dfinition : .................................................................................................................................................................... 6
.II Caractristiques : ...................................................................................................................................................... 6
.III Principe de production ........................................................................................................................................... 6
.IV Grandeur physique de lnergie lectrique .................................................................................................... 7
Energie lectrique : Alimentation autonome ........................................................................................ 12
.I Piles et Accumulateurs ......................................................................................................................................... 12
.II Groupe lectrogne ............................................................................................................................................... 12
.III Eoliennes .................................................................................................................................................................... 12
.IV Panneaux solaires .................................................................................................................................................. 13
.V Applications : ........................................................................................................................................................... 13
Convertir une tension Ac en une tension Dc ........................................................................................ 14
.I Intrt : ....................................................................................................................................................................... 14
.II Principe : .................................................................................................................................................................... 14
.III Adapter la tension Rseau .................................................................................................................................. 15
.IV Redresser la tension .............................................................................................................................................. 16
.V Filtrer la tension redresse ................................................................................................................................ 17
.VI Application : (Voir Manuel dactivits) ......................................................................................................... 17
.VII Rguler la tension filtre ..................................................................................................................................... 18
.VIII Lisser le courant ..................................................................................................................................................... 18
.IX Stabiliser la tension par diode Zener ............................................................................................................. 18
Isoler et protger une installation lectrique ........................................................................................ 19
.I Sectionneur ............................................................................................................................................................... 19
.II Relais thermique ..................................................................................................................................................... 19
.III Disjoncteur ................................................................................................................................................................ 20
.IV Fusibles ....................................................................................................................................................................... 20
.V Application et Exercices ...................................................................................................................................... 20
Alimenter en Energie Pneumatique ...................................................................................................... 21
.I Production de l'nergie pneumatique ........................................................................................................... 21
.II Groupe de Conditionnement .............................................................................................................................. 22
.III Grandeurs Physiques ............................................................................................................................................ 22
.IV Applications et Exercices .................................................................................................................................... 22
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Distribuer : ............................................................................................................................................ 23
.I Prsentation : ........................................................................................................................................................... 23
.II Situation ..................................................................................................................................................................... 23
Distribuer lnergie lectrique : ........................................................................................................... 23
.I Contacteurs (courant fort) ................................................................................................................................. 24
.II Relais (Courant faible) ......................................................................................................................................... 27
.III Relais statique ......................................................................................................................................................... 28
.IV Applications : ........................................................................................................................................................... 28
Distribuer en Modulation de lnergie ................................................................................................. 29
.I Fonction : ................................................................................................................................................................... 29
.II Principe : .................................................................................................................................................................... 29
.III Types de convertisseur statique ....................................................................................................................... 29
.IV Interrupteurs utiliss ............................................................................................................................................ 30
.V Hacheur ...................................................................................................................................................................... 31
.VI Redresseur command ......................................................................................................................................... 32
.VII Gradateurs : .............................................................................................................................................................. 32
.VIII Onduleur .................................................................................................................................................................... 34
Distribuer lnergie Pneumatique et Hydraulique ............................................................................... 35
.I Distributeurs ............................................................................................................................................................ 35
.II Rgles de cblage ................................................................................................................................................... 38
.III Schma pneumatique ........................................................................................................................................... 38
CONVERTIR ......................................................................................................................................... 43
.I Situation : .................................................................................................................................................................. 43
Moteur courant continu...................................................................................................................... 43
.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 43
.II Symbole: ..................................................................................................................................................................... 43
.III Constitution: ............................................................................................................................................................. 44
.IV Types de moteurs CC ............................................................................................................................................. 44
.V Principe ...................................................................................................................................................................... 44
.VI Modle quivalent du moteur courant continu ..................................................................................... 44
.VII Relations fondamentales..................................................................................................................................... 45
.VIII Variation de la vitesse du moteur ................................................................................................................... 45
.IX Sens de rotation d'u Moteur CC ........................................................................................................................ 45
.X Bilon des Puissances et rendement ................................................................................................................. 46
.XI Applications: ............................................................................................................................................................. 46
Moteurs asynchrones triphass ............................................................................................................. 47
.I Principe et Symboles ............................................................................................................................................. 47
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.II Constitution: moteur asynchrone triphas ................................................................................................. 47
.III Caractristiques ...................................................................................................................................................... 48
.IV dmarrage des Moteurs Asynchrones ........................................................................................................... 50
Moteur pas pas ................................................................................................................................... 53
.I Introduction ............................................................................................................................................................. 53
.II Symbole : .................................................................................................................................................................... 53
.III Constitution .............................................................................................................................................................. 53
.IV Principe de fonctionnement: ............................................................................................................................. 54
Vrins Pneumatiques ............................................................................................................................. 55
.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 55
.II Constitution .............................................................................................................................................................. 55
.III Types de verins : ...................................................................................................................................................... 56
.IV Dtermination d'un vrin ................................................................................................................................... 58
.V Rglage de la vitesse ............................................................................................................................................. 59
.VI Application : ............................................................................................................................................................. 59
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Alimenter
.I Introduction :
Alimenter ;
Distribuer ;
Convertir ;
Transmettre
.II Situation :
Pour agir sur la matire d'uvre, un systme automatis a besoin dnergie, qui
subira de nombreux traitements pour tre adapts la nature de l'action sur la
matire d'uvre. La chaine dnergie traite donc ces aspects qui peuvent tre
modliss par les fonctions gnriques qui s'appliquent sur la plupart des
systmes ; il s'agit des fonctions :
Chaine dEnergie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer
Agir sur la MO
MOE
MOS
Chaine dEnergie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer
Energie Electrique
Alimentation Secteur Rseau ONE
Alimentation Autonome : Locale
Energie Pneumatiques
Energie Hydraulique
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Energie Electrique : Rseau national :
.I Dfinition :
.II Caractristiques :
Courant alternatif
Frquence 50 Hz
Tensions : 220V simple / 380V compose
.III Principe de production
III.1 Alternateur triphas
On appelle rseau lectrique l'ensemble des infrastructures permettant d'acheminer l'nergie
lectrique des centrales lectriques (sites de production), vers les consommateurs d'lectricit.
=
La rotation dun aimant ou un lectroaimant vitesse constante Ns devant 3 bobines fixes
disposes 120 l'une de l'autre Cre 3 tensions alternatives dphases de 120 l'une par
rapport l'autre de frquence f tel que :
Ns: vitesse de rotation de lalternateur en Tr/s f : frquence des tensions produites en Hz p : nombre de paires de ples de lalternateur.
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III.2 Exemple de centrale lectrique
III.3 Fonction dun Alternateur
.IV Grandeur physique de lnergie lectrique
IV.1 Courant Continu
1.1 Intensit du courant continu
Le courant lectrique s'exprime en Ampres (A) 1.2 Tension lectrique
La tension lectrique s'exprime en Volts (V)
(s)
(A)
Alternateur
Energie Mcanique Energie Electrique Convertir l'Energie Mcanique en
Energie Electrique Energie primaire : Vent, Eau Gnration de la Vapeur
Monophase Triphase
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1.3 Loi des nuds
1.4 Loi des mailles
1.5 Convention des Diples :
1.6 Loi dOhm
Maille ABCDA:
UAD- UAB UBC+ UDC=0
Gnrateur : U.I > 0 Rcepteur : U.I < 0
U.= RI
Branche AC:
UAC UAD-UDC=0
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1.7 Diviseur de tension
1.8 Diviseur de courant
1.9 Puissance et nergie lectrique
IV.2 Applications et Exercices :
(Voir manuel dactivits)
IV.3 Courant alternatif monophas
3.1 Valeurs instantanes
P= U.I
E = P.t
U: Volts (V) I: Amperes (A) P: Watts (W) E: Joules ou Watts heure (J) ou Wh t: temps (s)
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3.2 Valeurs efficaces
3.3 Dephasage couront tesion selon la charge :
Rsistance =0
Bobine
=/2
Condensateur
= -/2
3.4 Puissance Active
3.5 Puissance ractive
3.6 Puissance Apparente
IV.4 Courant alternatif triphas
Lnergie lectrique est produite, transporte et consomme sous forme de systmes triphass. Un systme triphas est dit quilibr si les valeurs efficaces des 3 courants sont gales.
P= U.I Cos()
V =
I =
U: en Volts I: Ampers P: Watts Q:en V.A.R S:en V.A : dphasage courant / tension en rd
L
R
C
Q= U.I Sins()
S= U.I
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4.1 Tensions simples
Tensions entre phase et neutre. : V= U1 = U2 = U3 4.2 Tensions composes
Tensions entre phases U= U12 = U23 = U31.
4.3 Puissance Active en W
4.4 Les rcepteurs triphass
Un rcepteur triphas est constitu par trois rcepteurs monophass identiques peuvent tre coupls de manires :
Couplage Etoile Couplage Etoile
P= U.I Cos()
U=3 V=400 V
V=230 V
Chaque rcepteur est soumis la tension
simple du rseau Soit : V=230 V
= 230 V
Chaque rcepteur est soumis la tension
compose du rseau Soit : U = 400 V
U=3 V I=3 J
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Energie lectrique : Alimentation autonome
.I Piles et Accumulateurs
Lnergie lectrique est produite par effet chimique:
un accumulateur est rechargeable inversement une pile
I.1 Capacit (en Ah)
I.2 Exemple :
LiPhone 6 embarque une batterie de 1810 mAh fonctionnant en 3,82V, (soit 6,91 Wh), l'iPhone 5s dispose quant lui d'un accumulateur de 1560 mAh (soit 5,92 Wh)
I.3 Energie et puissance
.II Groupe lectrogne
Lalternateur est entran par un moteur thermique
.III Eoliennes
Lalternateur est entran par le vent grce aux pales.
La capacit est la charge maximale pouvant tre fournie par laccumulateur, ou la pile
Lnergie massique dune pile se situe entre 100 et 300 Wh/kg ;
Lnergie volumique peut tre value de 0,25 1,5 Wh / cm3.
= .
= .
= .
Q en ( Ah) : Quantit dlectricit dbite par le courant
pendant une dure dt :
P : en W : Puissance fournie par le gnrateur:
W : en (Wh) ou J : Energie W fournie par la pile
1 Wh = 3600 J
Pales
Multiplicateur
Alternateur
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.IV Panneaux solaires
Lnergie solaire est, en ralit, produite par deux types de panneaux
IV.1 Panneaux solaires thermiques :
Ils convertissent le rayonnement solaire en chaleur ncessaire vaporer leau qui entrainera
la turbine dun alternateur.
IV.2 Panneaux solaires photovoltaques :
Ils convertissent la lumire du soleil en lectricit grce un phnomne physique propre
certains matriaux appels semi-conducteurs (silicium cristallin) Leffet photovoltaque
.V Applications :
(Voir manuel dactivits)
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Convertir une tension Ac en une tension Dc
.I Intrt :
Certain actionneurs Moteur fonctionnent en courant continu do linter de convertir la
tension du rseau AC en tension DC
.II Principe :
II.1 Ralisation pratique :
II.2 Schmas lectrique :
.
.
.
.
.
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.III Adapter la tension Rseau
III.1 Principe du transformateur :
III.2 Rapport de transformation
III.3 Puissance apparente
III.4 Symboles :
Transformateur
220 V 50 Hz 12 V 50 Hz
Adapter la tension Ac
=
=
U1 : tension primaire
U20 : tension a vide secondaire
N : nombre de spires
S : puissance apparente en V.A
S = U I
S1 = S2 S1 = U1.I1 S2 = U20.I2
Le transformateur est :
lvateur de tension. Si m>1
Abaisseur de tension Si m
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).sin(.2)( tVtv
).sin(.2)( tVtv
.IV Redresser la tension
Cette fonction est ralise laide dun Pont de diodes Graetz
IV.1 Redressement simple alternance
IV.2 Valeur moyenne :
IV.3 Redressement double alternance
IV.4 Valeur moyenne :
IV.5 Symboles :
Redresseur
12 V 50 Hz 12 V Redresse Redresser la tension AC
)(tv V(t) )(tuU(t)
)( tv
)( tu
=
. ()
=
. ..() .
/
Diodes Alternance positive Alternance ngative
D1 ............................ ............................ D2 ............................ ............................ D3 ............................ ............................ D4 ............................ ............................
Complter par passante ou bloque
=.
Us moy
)( tv
)( tu
)( tv)( tu
=..
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.V Filtrer la tension redresse
Cette fonction est ralise laide dun condensateur
V.1 Principe :
Le condensateur en se chargeant et en se dchargeant diminue londulation du signal
redress
V.2 Symbole :
V.3 Capacit C pour un taux dondulation T
La qualit du filtrage est dfinie par le taux dondulation T Le signal est meilleur si la valeur C est suffisamment grande.
.VI Application : (Voir Manuel dactivits)
Calculer la valeur du condensateur de filtrage pour une alimentation devant fournir au minimum 12V. I=1A, Taux d'ondulation =10%
C= .
U : Tension aux bornes du condensateur
t : Temps de dcharge (environ 8ms)
I : Courant dbit par le redresseur
C : Capacit du condensateur
U/Umax : Taux d'ondulation (en %)
Filtrer la tension redresse
Filtre
Tension Redresse
Tension Filtre
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.VII Rguler la tension filtre
VII.1 Fonction du rgulateur
VII.2 Schma lectrique :
Le 7812 maintien la sortie a 12 V
Le 7815 maintien la sortie a 15 V
.VIII Lisser le courant
Cette fonction est ralise laide dune bobine L.
.IX Stabiliser la tension par diode Zener
Rgulateur
Tension filtre
Tension Continue
Rguler la tension
La diode Zner devienne passante dans le sens inverse partir d'une tension dite zner qui ne
varie plus ses bornes.
Cest un composant lectronique base de semi conducteur qui permet de de tension qui
maintenir constante la tension de sortie
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Isoler et protger une installation lectrique
.I Sectionneur
I.1 Fonction:
I.2 Symbole
.II Relais thermique
II.1 Fonction :
II.2 Symbole
Sectionneur
Installation sous tension
Installation hors tension
Isoler (mettre hors tension) une installation lectrique
Relais thermique
Installation non protge
Installation protge
Protger contre Contre les
surcharges et coupures de phase
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.III Disjoncteur
III.1 Fonction :
III.2 Symboles
.IV Fusibles
IV.1 Fonction :
IV.2 Symbole lectrique
.V Application et Exercices
(Voir manuel dactivits)
Disjoncteur
Installation non protge
Installation protge
Protger contre les incidents de
surcharge ou court-circuit.
Fusibles
Installation non protge
Installation protge
Protger contre les incidents de
surcharge ou court-circuit.
Sectionneur disjoncteur
contacteur intgrs
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Alimenter en Energie Pneumatique
.I Production de l'nergie pneumatique
I.1 Installation pneumatique industrielle
I.2 compresseuer
2.1 Symbole :
2.2 Principe :
Energie mcanique
Compresseur
Energie Pneumatique
La source de cette nergie est lair comprim par un compresseur et stock dans un rservoir Accumulateur.
Reservoir Accumulateur
Compresseur
Groupe de conditionnement
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.II Groupe de Conditionnement
II.1 Fonction :
Trois fonctions de base sont ncessaires pour assurer le bon traitement de lair
II.2 Symbole normalis
.III Grandeurs Physiques
III.1 Pression
La force mcanique produite par lnergie pneumatique est lie la pression par la relation : III.2 Dbit :
Cest le volume du fluide, qui s'coule au droit d'une section, pendant l'unit de temps en m3/s.
.IV Applications et Exercices
(Voir Manuel dactivit)
Q = V .S
F : Force rsultante en N
P : Pression en Pascals (Pa)
S : Surface en m2
V : Vitesse en m/s
Q : Dbit en m3/s
1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 Pa = 1 daN/cm2 1 bar = 105 N/m2
Composant Filtre Rgulateur de pression
Lubrificateur
Symbole
Fonction Filtrer : liminer les impurets et leau condense
Adapter la pression
Lubrifier : ( laide dune huile de lubrification)
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Distribuer :
.I Prsentation :
.II Situation
Distribuer lnergie lectrique :
Deux possibilits peuvent tre envisages : Distribuer lnergie lectrique en
Distribuer lnergie
Ordre de la chaine dinformation ou PC
Pr actionneurs
Energie distribue vers les actionneurs
Energie disponible
Chaine dEnergie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Contacteurs
Relais
Variateurs de vitesse
Distributeurs
1 : TOR
Tout ou rien Le flux d'nergie existe
ou n'existe pas
Contacteurs Relais lectromagntiques Relais statiques
2 : Modulation de lnergie
Lnergie est distribue de faon graduelle
Redresseur command Gradateur Onduleur Hacheur Variateurs de vitesse
La fonction distributeur lnergie est assure par des constituants de la chaine dnergie
appels : Pr actionneurs
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.I Contacteurs (courant fort)
I.1 Fonction
I.2 Principe :
I.3 Symbole normalis :
I.4 Contacts auxiliaires de commande
NO : Normalement Ouvert NF : Normalement Ferm Contact Inverseur
Contact (NO) temporis au travail
Bobine quipe dun bloc temporis au travail Contact (NF) temporis au repos
Bobine quipe dun bloc temporis au repos
Associs aux actionneurs lectriques de puissance, principalement les moteurs les
contacteurs sont aptes commander de forts courants. Le contacteur dispose dun
pouvoir de coupure
Circuit de puissance Circuit de commande
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I.5 Exemple dutilisation :
5.1 Cablage dun moteur asynchrone triphas
H2
H1
Disjoncteurs
Contacteur
Sectionneur
Moteur
Relais thermique
Arrt durgence
Bouton dArrt
Bouton de marche
Transformateur
Signalisation : Prsence tension :
Signalisation : Disfonctionnement
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5.2 Schma lectrique
Identifier le nom des composants sur le schma : I.6 Fonctionnement
Une impulsion sur S3 enclenche KM1 qui sautoalimente (par son contact auxiliaire Km1). Le moteur tourne. Une impulsion sur S2 provoque larrt. Le moteur sarrte
Circuit de puissance Circuit de commande
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.II Relais (Courant faible)
II.1 Relais lectromagntique
1.1 Principe
1.2 Symbole
1.3 Commande par transistor
Rappel : le transistor
Transistor Bloqu Transistor Satur
Le transistor T permet de raliser un interrupteur command par un courant ou une tension.
La diode D permet de protger le transistor contre la surtension, due la charge inductive de la bobine KA lors de louverture du circuit T Bloqu
Ils permettent de commander un circuit de puissance partir dun circuit de commande.
Il sert galement commander plusieurs organes simultanment grce ses multiples
contacts synchroniss.
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.III Relais statique
1.1 Principe
Le contact est assur par la conduction d'un triac pilot par optocoupleur pour garantir
l'isolement lectrique entre commande et puissance :
1.2 Avantages :
.IV Applications :
(Voir manuel dactivit)
Dure de vie illimite 50 fois suprieure celle dun relais lectromcanique.
Frquence de commutation leve (jusqu' 80 fois par seconde)
Fonctionnement silencieux
Compatibilit avec les environnements svres
faible puissance de commande
lenclenchement au zro de tension et larrt au zro de courant limitera
considrablement les missions lectromagntiques du relais statique.
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Distribuer en Modulation de lnergie
.I Fonction :
.II Principe :
.III Types de convertisseur statique
E SYMBOLE S FONCTION APPLICATIONS
AL
TE
RN
AT
IVE
AL
TE
RN
AT
IVE
Gradateur Cyclo-convertisseur
Dmarrage des moteurs Variation de vitesse Variation clairage Fours lectriques
CO
NT
INU
E
Redresseur command
Rcepteurs en continu, Variation de vitesse
CO
NT
INU
E
AL
TE
RN
AT
IVE
Onduleur
Variation de vitesse Alimentation en alternatif (site isol avec des panneaux solaires ou des batteries)
CO
NT
INU
E
Hacheur variation de vitesse des moteurs courant continu
Distribuer lnergie graduellement
Convertisseur statique
Signal dentr
Signal de sortie variable
Commande
Amplitudes, frquences, phases.
Un modulateur d'nergie est un montage utilisant des interrupteurs lectroniques de
puissance permettant, par un squencement adapt de ces derniers, de faire varier:
La vitesse d'un moteur (continu ou alternatif)
la tension dans une alimentation continue variable
l'clairage d'une lampe
la temprature d'un four
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.IV Interrupteurs utiliss
Les interrupteurs lectroniques sont des composants semi-conducteurs que l'on peut commander. C'est pour cela qu'ils ont 3 bornes IV.1 Symbole gnral :
Interrupteurs lectroniques unidirectionnels IV.2 Transistor
La commutation se fait par injection d'un courant de base ib IV.3 Thyristor
Un thyristor est une diode commande par une gchette Pour quil soit passant il lui faut une tension VAk positive ET un courant de gchette IV.4 Triac
Le triac est quivalent la mise en parallle de deux thyristors monts tte-bche. Il peut contrler le flux de courant sur les deux alternances positive et ngative du signal..
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.V Hacheur
Il convertit une tension continue fixe en tension continue variable
V.1 Application :
Varier la vitesse dun moteur courant continu
V.2 Schemas de principe :
V.3 Rapport cyclique
V.4 Tension de sortie
V.5 Application :
H est un interrupteur unidirectionnel Quel est le rle de la diode D ? . Quel est le rle de la bobine L ? . Sachant que pour L suffisamment grand le courant i est pratiquement constant donner les valeurs des tensions UL, Uc, UM, UD, UH dans les deux tats de linterrupteur H
Etat de H UL Uc UM UD UH
Ouvert Ferm
Ve
Vcc
Vcc
Ve
T
Ton= .T
Usmoy Toff
=.
T: Priode
f= 1/T : frquence de hachage
Ton : temps Interrupteur ferm
Tof : temps Interrupteur ouvert
Ve : signal de commande
Vcc : Alimentation continu Ex 12o V
Le transistor command T s'ouvre et se ferme priodiquement suivant le signal Ve
Usmoy = .VCC
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.VI Redresseur command
VI.1 Pont Mixte
Le retard l'amorage () des thyristors permet de rgler la valeur moyenne de la tension Us et donc la vitesse d'un moteur courant continu par exemple.
D1,D2 : diodes
Th1, Th2 : thyristors
.VII Gradateurs :
VII.1 Gradateur angle de phase
Il permet d'obtenir une tension alternative variable partir d'une tension alternative fixe, laide de thyristors ou triac.
Le rglage du retard l'amorage () permet de rgler la valeur de la tension de sortie Us
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VII.2 Application :
Soit le gradateur ci contre tel que: =/2, V rseau 230 V, charge rsistive R (180 ),
1) Calculer la tension efficace V charge
2) Calculer la puissance P dissipe dans la charge R
Rponse : Us = 162V, P = 145 W VII.3 Gradateur train d'ondes.
Quand le temps de raction de la charge est lent, on utilise le gradateur train d'ondes : Exemple : four lectrique industriel
3.1 Schma de principe :
Identique l'angle de phase 3.2 La puissance moyenne fournie la charge :
On laisse passer le courant pendant un nombre n entier de priodes : cest tc, le temps de
conduction. Ensuite on bloque le gradateur loccasion dun passage 0, puis on laisse passer
de nouveau pendant le temps tc, etc Chaque srie de n alternances est appele train
donde
tc : temps de conduction rglable en secondes
Tc : priode du cycle en secondes
P nominale = U.I.cos = ..
Us = Ue, pendant tc
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.VIII Onduleur
Les onduleurs convertissent une tension continue fixe en une tension alternative de frquence fixe ou variable
VIII.1 Schma de principe
VIII.2 Commande MLI
Pour obtenir une vitesse variable pour un moteur alternatif, l'onduleur fait varier la frquence
de la tension V :( Le rapport cyclique = 0,5 donc la valeur moyenne est nulle)
La commande MLI (Modulation largeur dImputions) permet d'obtenir une valeur moyenne de
la tension V pratiquement sinusodale
Pour obtenir une tension sinusodale, il est
ncessaire de filtrer cette tension rectangulaire.
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Distribuer lnergie Pneumatique et Hydraulique
.I Distributeurs
I.1 Principe :
I.2 Symbole normalis
Les diffrents types de distributeurs sont identifis par le nombre dorifices et de positions.
Un distributeur est compos principalement dun corps, dun tiroir, des orifices d'entre et
de sortie du fluide ou de lair et une ou deux commandes de pilotage
Orifices: 1,2,3,4,5
Pilotage ou commande
Positions:
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I.3 Designation des distributeurs
Les distributeurs sont dsigns par :
Le nombre dorifices (compter sur une case)
Le nombre de positions du tiroir (Nombre de case)
Le type de commande : Pilotage
I.4 Reprage des orifices :
1 : orifice dalimentation en air comprim,
2 : et 4 orifices dutilisation,
3 : et 5 orifices dchappement,
12 : lorifice de pilotage mettant la voie 1-2 en pression,
14 : orifice de pilotage mettant la voie 1-4 en pression,
10 : orifice de pilotage ne mettant aucune voie en pression.
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I.5 Distributeurs monostables
Le distributeur possde une commande par ressort
(Reprer les orifices)
I.6 Distributeurs bistables
Le distributeur possde deux pilotages de mme nature
(Reprer les orifices) I.7 Distributeurs 3 positions
Distributeur monostable Distributeur bistable
2/2
3/2
4/2
5/2
Distributeurs 3 positions
4/3
Centre ferm Centre lchappement
5/3
Centre ferm Centre lchappement Centre ouvert
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.II Rgles de cblage
.III Schma pneumatique
III.1 Principaux accessoires
1 ...
2 ..
3 ....
4
5
A connatre par cur
Reprsenter les connexions sur une seule case
Pour le 3/2 ou 4/2 lalimentation se fait par lorifice de gauche de la case concerne
Reprsente le distributeur dans la position du pilotage actif sur le schma.
Ltat de la tige du vrin doit tre en rapport avec la position du distributeur.
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III.2 Auxiliaires de distribution et canalisation
Composants Symboles Composants Symboles
Rservoir
Alimentation dair comprim
Scheur, dshydrateur
Sparateur manuel (purge)
Lubrificateur
Filtre
Manomtre
Dbitmtre
Rgulateur de pression
Soupape de scurit
Vanne
Rducteur de dbit
Clapet anti retour
Clapet anti retour avec ressort
Rducteur de dbit rglable
Rducteur de dbit unidirectionnel rglable
Slecteur de circuit, fonction OU
Slecteur deux entres, fonction ET
Echappement
Silencieux
Croisement de canalisation
Raccordement de canalisation
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III.3 Exemple de Schmas :
3.1 Pneumatique :
Identifier les elements constituants linstallation
La tige de piston dun vrin double effet doit sortir sous laction manuelle :
Dun bouton poussoir OU Dune pdale.
Aprs avoir atteint la position de fin de course, la tige du vrin revient sa position initiale
avec rduction lchappement (contrle la vitesse dentre de la tige du vrin) si :
Le bouton poussoir OU la pdale est relche.
.
.
.
.
.
. . .
.
.
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3.2 Technologie lectropneumatique
Circuit de puissance Fonctionnement :
La tige compltement rentre S0 = 1, action sur le bouton poussoir Bp1 provoque la commande du distributeur 4/2 cot YV1 par suite la tige du vrin sort a vitesse rapide puisque llectrovanne YV2 est commande par le contact Km Lorsque la tige arrive la position dtecte par S1 la bobine du relais KM nest plus alimente et le distributeur 2/2 en position bloque, la tige du vrin se dplace vitesse lente jusqu' S2 qui commande l llectrovanne YV0 , la tige rentre vitesse rapide jusqu' S0
Circuit de commande
Electrovanne
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3.3 Installation hydraulique
III.4 Applications :
Voir Manuel dactivits
Un circuit dhydraulique industriel est reprsent schmatiquement par des symboles
conventionnels normaliss.
Un schma hydraulique reprsente toujours lquipement en position repos ou initiale
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CONVERTIR
.I Situation :
Moteur courant continu
.I Fonction
.II Symbole:
L'objet technique qui ralise la fonction Convertir est appel Actionneur.
Chaine dEnergie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Moteurs :
Moteur cc
Moteur Asynchrones
Moteur synchrone
Moteur Pas Pas
Electroaimant
Pompes hydrauliques
Moteurs hydrauliques
Compresseurs
Gnrateurs de vide
Energie lectrique
Hydraulique et pneumatique
Convertir l'Energie Electrique en
Energie Mcanique
Moteurs CC
U.I C.
Pertes
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.III Constitution:
La machine courant continu estconstitue de trois parties principales :
.IV Types de moteurs CC
Moteur aimant Moteur excitation parallle Moteur excitation srie .V Principe
.VI Modle quivalent du moteur courant continu
U = E+ I R
Collecteur :
Stator : Aimant ou ectroaimant
Rotor :
U = E+ I R Ue = Ie r
Pour moteur stator bobin
Dans chaque spire alimente et place dans le champs
magntique de linduit, se cre une force lectromotrice.
La somme de toutes les forces lectromotrices des spires Note : E
est proportionnelle la vitesse de rotation :
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.VII Relations fondamentales
VII.1 Couple
VII.2 Vitesse angulaire
.VIII Variation de la vitesse du moteur
.
.IX Sens de rotation d'u Moteur CC
la vitesse N(tr/min) d'un moteur cc est proportionnelle la force electromotrice E, par suite
la tension ses bornes, do lutilisation dun hacheurs pour varier sa vitesse
R : Rsistance interne des conducteurs (Induit : Rotor)
E : Force lectromotrice
U : Tension dalimentation
I : Courant dans linduit
Ie : Courant dexcitation Inducteur stator
Ke (en V/rd/s) constante de vitesse
Ke (en V/tr/min) constante de vitesse
Kc (N.m/A) constante de couple
N (tr/min) vitesse de rotation
U = E+ I R Ue = Ie r
C = kc.I
E = ke. E = ke.N
Us = Ue
Us = E+ I R
E = ke.N
Us
Inverser le sens de rotation dun moteur cc, revient Inverser la polarit de sa tension
dalimentation
Le pont H 4 transistors permet de commander le moteur cc dans 2 sens de rotation avec
possibilit de contrler sa vitesse Fonctionnement Hacheur .
T1 et T2
T3 et T4
Sens 1
Sens 2
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.X Bilon des Puissances et rendement
1.1 Puissance utile
C'est la puissance mcanique produite par le moteur pour entraner la charge : 1.2 Puissance absorbe
C'est la puissance lectrique absorbe par le moteur pour entraner la charge :
Moteur aimant Moteur lectroaimant
1.3 Puissance de Pertes
Pertes joule Pertes constantes : Pc mesures vide (mcanique due au frottement et magntique dans le fer) 1.4 rendement
.XI Applications:
XI.1 Srie dexercices :
Voir manuel dactivit
Pu = C.
Pa = U.I
Pa = U.I + Ue.Ie
P= R.Im2 P= R.Im2 + re.Ie2
=
La plaque signaltique d'un moteur courant continu indique :
Pu = 36,3 kW, N = 1150 tr/min U = 440V, I = 95,5A
Calculer le couple utile, la puissance absorbe et le rendement.
Rponse : Cu = 301,4 Nm Pa= 42 kW Rendement =86%
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Moteurs asynchrones triphass
.I Principe et Symboles
.II Constitution: moteur asynchrone triphas
Stator:enroulement ou bobinage reli au rseau.
Rotor: enroulement induit, en gnral en court-circuit (cage dcureuil) ou rotor
bobin
Ce type de moteur est couramment utilis dans lindustrie en raison de sa robustesse, de sa
fiabilit et de son faible cot.
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.III Caractristiques
III.1 Vitesse de Rotation
a Vitesse statorique (champ tournant)
b Vitesse Rotorique (Arbre Moteur)
III.2 Bilan des Puissances:
2.1 Puissance Absorb
a Moteurs asynchrone triphas
b Moteurs asynchrone monophas
2.2 Puissance Utile
2.3 Rendement :
=.
Ns: Tour/min
f: Hz
p: Nombre de pairs de ples.
N: Tour/min
g : Glissement en : %
= (1 )
g:=Ns N
Ns
= ...
= ..
= . =..
.
=
.
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III.3 Commande du sens de rotation des moteurs
KM1 ferm KM2 ferm
Pour changer le sens de rotation dun moteur asynchrone triphas, il suffit dintervertir deux phases.
Un verrouillage mcanique vite la fermeture des deux contacteurs KM1 et KM2 simultanment.
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.IV dmarrage des Moteurs Asynchrones
IV.1 Dmarrage direct :
Le dmarrage direct est utilis pour les moteurs de petites puissances infrieures 5 kW
1.1 Schmas
1.2 Chronogramme
Circuit de Puissance Circuit de Commande
Q1: Sectionneur KM1: Contacteur F1: Relais Thermique S2: Bouton marche S1: Bouton darrt
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IV.2 Dmarrage ETOILE TRIANGLE
Le dmarrage seffectue en deux temps Vitesse lente : Couplage toile : Contacteurs KM1 et KM3 actifs
Vitesse rapide : Couplage triangle : Contacteurs KM1 et KM4 actifs
Le bloc temporis KM1 et ces contacts associs Km1-2 et Km1-3 se chargent de la commande des contacteurs KM3 et KM4.
2.1 Schmas
2.2 Chronogramme
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2.3 Ralisation pratique
Commande dun moteur asynchrone triphas deux vitesse un seul sens de rotation
Fonctionnement :
(Voir cours sur les moteurs asynchrones sur ce manuel)
Disjoncteur
Contacteurs
Moteur Circuit de
commande
Bloc temporis
Circuit de puissance
Sectionneur
1) Impulsion sur PB START: les contacteurs K1 et K3 senclenchent le moteur dmarre vitesse lente
et le bloc temporis est actif
2) Relchement de PB START le moteur demeure en marche vitesse lente le bloc temporis est actif
3) Apres le temps T rgl sur le bloc temporis le contacteur K3 se dclenche K2 senclenche le
moteur tourne vitesse rapide
4) Impulsion sur PB STOP les contacteurs K1 et K2 se dclenchent et le moteur sarrte
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Moteur pas pas
.I Introduction
.II Symbole :
.III Constitution
Le moteur pas pas est un moteur qui tourne en fonction des impulsions lectriques reues dans
ses bobinages. L'angle de rotation minimal entre deux modifications des impulsions lectriques
s'appelle un Pas.
Stator : plusieurs bobines.
Rotor : aimants permanents.
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.IV Principe de fonctionnement:
Moteur 4 Pas Le passage d'un courant, successivement dans chaque bobinage, fait tourner le rotor dun Pas. Pas N :1 Pas N :2 Pas N :3 Pas N :4
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Vrins Pneumatiques
.I Fonction
.II Constitution
Convertir lnergie
Energie : Pneumatique Hydraulique
Vrins
Energie mcanique
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.III Types de verins :
III.1 Le vrin simple effet
1.1 Symbole :
1.2 Constitution :
III.2 Le vrin double effet
2.1 Symbole :
Tige simple Avec amortissement 2.2 Constitution
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III.3 vrins spciaux
3.1 Vrin Rotatif
Lnergie du fluide est transforme en mouvement de rotation ; Langle de rotation peut varier entre 90 et 360
3.2 Vrin tige tlescopique
il permet des courses importantes tout en conservant une longueur replie raisonnable.
3.3 Multiplicateur de pression
Il permet partir dune pression dair (P en X), dobtenir un dbit dhuile une pression plus leve (P en Y : 10 20 fois plus leve que P en X)
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.IV Dtermination d'un vrin
IV.1 course dun verinn :
longueur du dplacement assurer
IV.2 Efforts thoriques fournit par le vrin
IV.3 Efforts rels pour soulever une charge
IV.4 Vitesse dun vrin
IV.5 Puissance utile dun vrin
IV.6 Puissance absorbe (hydraulique) :
Fr= T.Fth
Fth= pousse thorique (daN) S = surface utile du piston (cm) p = pression de service (bar)
T : Taux de charge en %
V : vitesse (en m/s)
Q : dbit volumique (en m3/s)
S : Surface (en m2)
PU : en Watt
F : en N
PA : en Watt
Q : en m/s
P pression en Pascal Pa
V : Vitesse en m/s
PU= P.V
PA= Q.P
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.V Rglage de la vitesse
Rgulateur de dbit unidirectionnel RDU
.VI Application :
VI.1 Voir manuel dactivite
VI.2 Exercice
Soit le verin hydraulique ci contre
Calculer 1) la valeur de la vitesse moyenne v de sortie du vrin (rsultat arrondi 0,01 m/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 2) la valeur de la section S du piston (m) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 3) la valeur du dbit moyen Q de lhuile pendant la sortie de la tige (m3/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 4) la puissance hydraulique P ncessaire (watts). ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Dbit maximum Dbit rduit