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Cours Chaine Energie
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7/21/2019 Cours Chaine Energie
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Chaîne d’énergie TCT
Proposé par MADAK Page 1/29
I. Nature de l’énergie :
Pour réaliser une action, la majorité des systèmes utilisent de l’énergie électrique (qui est très répandue)Ou de l’énergie pneumatique (sous forme d’air comprimé utilisé dans les systèmes industriels).
1°) L’énergie pneumatique
La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C ’es t une fo r ce app l i quée sur une
: se caractérise par deux grandeurs ; Le débit noté Q et exprimé en m3/s
sur face ;
Avec 1 Pa = 1 N/m² et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm²
La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W):
2°) L’énergie électrique :
La puissance électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) :
3°)
se caractérise par deux grandeurs ; La Tension notée U et exprimée en Volt (V) L’intensité notée I et exprimée en Ampère (A)
La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :
L’énergie mécanique :a)
L’
ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION
: se caractérise par deux grandeurs ; La vitesse de translation notée V et exprimée en mètres par seconde (m/s) La force motrice du déplacement notée F et exprimée en Newtons (N)
b)
L’
ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION
: se caractérise par deux grandeurs : La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ;
Le couple moteur de la rotation notée C et exprimée en Newtons×mètres (N.m)
La puissance mécanique de rotation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :
Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ;l’énergie calorifique sous forme de chaleur
Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps
RENDEMENT :
Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie
a un rendement η = (η < 1 car Pe = Ps + Pertes)
Pour assurer des fonctions de service, beaucoup de produits utilisent unecha îne d ’énerg i e
qui apporte la quantité etLa forme d’énergie au bon moment pour réaliser l’action désirée
Force en Newton: N
NS
F P =
P
méca
C x ω
Watt N. m rd/s
60
2. .N ω = Vitesse de rotationen tr/min
ALIMENTER TRANSMETTRE
T e d’éner ie Energie électrique Ou pneumatique
Energie distribuée Energie mécanique Energie disponiblepour réaliser l’action
DISTRIBUER CONVERTIR
Chaîne d’énergie
P
pneu
= Q x P
Watt m3/s Pascal
P
é lec
= U x I Watt Volt Ampère
P
méca
= F x V
Watt Newton m/s
PsPE
Energie d’entrée (Pe)
Pertes d énergies
Transformer
l’énergie
Elément
Présence d’ordre
Surface ( m2)
Energie de sortie (Ps)
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II. LA FONCTION ALIMENTER :1°)
•
L’énergie hydraulique de l’eau des barrages
Alimenter un produit en énergie électrique :
À l’aide des « pr i ses de courant
» raccordées pardes conducteurs au réseau d’alimentation en courant alternatif
Les sources principales d’énergie électrique sont des centrales qui utilisent:
• L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon • L’énergie thermique nucléaire : Fission de l’uranium 235 • L’énergie éolienne : exploitation de la force du vent
Pour produire de l’énergie électrique,une tu rb ine (une hélice) est entraînée en rotation par un débit d’eau
(dans une centrale hydraulique), de la vapeur (dans une centrale thermique) ou du vent (dans une centrale
éolienne), entraîne enro ta t i on un a l t e rna teur
qui produit l’électricité.
A la sortie des centrales des transformateurs élèvent la tension pour transporter l’énergie électriqueA l’approche du point de consommation l’énergie électrique est abaissée et distribuée sous forme d’un
r éseau (triphasé + Neutre: pour application industrielle. Phase + Neutre: pour application domestique)
Raccordement au secteur
Ph1
Ph2
Ph3
N
380v
380v
380v
220v220v
220v
Réseau triphasé
Centrale thermique
Centrale thermique nucléaire
Centrale hydraulique
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À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :
Des p i les
: non rechargeables
Des ba t te r ies
que les piles puisqu’ils sont rechargeables ou piles rechargeable plus économiques
À l’aide d’alimentation locale Des ce l lu l es ph otovo l t a ï ques
des batteries pour alimenter des produit a faible consommation.
qui assurent la recharge
Uneéo l i enne
de petite puissance peut constituée une alimentation autonome
A i r c omp r imé
p > p a tm
Compresseur d’air
+ Réservoir d’air
Transformer
et stocker
Cont rô l e des seu i l s
de p res s i on
A i r am b ian t
p = p a tm
Ordre de marche
Batterie d’automobile
Cellules photovoltaïques
Onduleur
Eclairage
ÉlectroménagerRégulateur
Batteries
Éolienne
Pile rechargeable
Pile non rechargeable
Exemple d’alimentation locale
Multiplicateur
Hélice
Production de l’énergie Pneumatique
Symbole :
Source d’énergie pneumatique
Le FILTRE élimineles impuretés
Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression
Le LUBRIFICATEURPulvérise des gouttes
d’huile pour graisser leséléments mobiles
Ensemble de conditionnement
Production de l’énergie pneumatique
Alternateur
2°) Alimenter un produit en énergie pneumatique :
À l’aide d’un compresseur d’air + réservoir d’air, un ensemble de conditionnement
et un réseau d’alimentation pour acheminer l’air sous pression aux systèmes
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III. LA FONCTION CONVERTIR :
1°) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique :
a)
M
OTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation
Symbole :
b)
M
OTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation
Symbole :
c) MOTEUR PAS A PAS :
Il est très utilisé dans les appareils électroniques :imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . .
Symbole :
Moteur alternatif triphasé
(Utilisé dans le domaine industriel) Moteur à courant alternatif
Moteur alternatif monophasé
(Très utilisé dans les appareils domestiques)
M
M
Moteur à courant continu
Energ i e
É lec t r ique
I , U )
Convertir l’énergie
électrique en énergie
mécanique de rotation
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
C , )
Moteur électrique
Per tes cha l eur )
Moteur à courant continu
Moteur pas à pas
Structure d’un moteur à courant continu
Moteur pas à pas
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2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique :
a)
V
ERIN PNEUMATIQUE
On distingue principalement deux types de vérin : Double effet et simple effet
a - 1 ) VERIN DOUBLE EFFET
Dans un vérin double effet; l'air comprimé alimente les deux chambres alternativement.
Un système que nous étudieront ultérieurement permet de vider une chambre pendant que l'autre se remplit.
Fonctionnement
Energ i e mécan ique de
t rans l a t i on
F, V)
Cham bre avant r e l iée à
l a sour ce de p res s i on
Cham bre a r r i è re r e li ée à
l ’ échappement
Cham bre a r r i è re r e li ée à
l ’ échappement
Cham bre avant r e l i ée à l a
source de p res s i on
Pour rentrer la tige Pour sortir la tige
Vér i n s tandard
Or i f i ce a r r iè re
Cham bre a r riè re
hambr e a van t
Or i f i ce avant
Tige
Corps
Or i f ic e av ant
Or i f i ce a r r iè re
P i s ton
P i s t o n
Or i f i ce a r r iè re
T ige
Min i v é r i n
Symbole :
Energ i e
pneuma t i que
P , Q
)
Convertir l’énergie
pneumatique en énergie
mécanique de
translation
Vérin pneumatique
Per tes cha l eur )
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a- 2 V
ERIN SIMPLE EFFET
Dans un vérin simple effet l'air comprimé alimente seulement une chambre et produit une force dans un
seul sens. Le retour en position initiale s'effectue sous l'action d'un ressort.
Fonctionnement
F : effort de la tige en Newton (N).
P : pression du fluide en Pascal (Pa). 1 bar = 1.10+5
Pa
S : surface utile du piston (m2)
Force de traction (Ftraction)
Un vérin double effet produit un effort dans les deux sens (sortie de la tige et rentrée de la tige).
Relation effort- ression
Chambre avant reliéeà l a source de p ress ion
Chambre arrière reliéeà l ’ é chappemen t
Chambre avant reliéeà l ’ é chappemen t
Chambre arrière reliéeà l a source de p ress ion
Symbole
Vérin simple effet Tige sortante
Vérin simple effet Tige rentrante
P is ton
Chamb re a r r iè r e
h a mb r e avan t
Or i f i ce
Resso r t de rappe l
Force de pousseé(Fpoussée)
Chambre arrière reliéeà l’ é chappem ent
Chambre arrière reliéeà l a sour ce de p res s i on
Retour sans force Sous l’action du ressort
Surfaces utiles du piston subissant la pressionsont différentes côté avant et côté arrière
Surface utile arrière Sarrière
Sarrière = π . R2 = π . D2/4
F poussée = P . Sarrière
Diamètre Dpiston Diamètre dtige Diamètre Dpiston
Surface utile avant Savant
Savant = π . ( R2 - r2 ) = π . (D2 - d2 ) /4
Ftraction = P . Savant
Force de poussée (Fpoussée)
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b)
V
ERIN ROTATIF
C) GENERATEUR DE VIDE :
Symbole :
erceuse : visseuse - dévisseuseUtilisant un Vérin rotatif
Vér in ro ta t i f
Energ i e
pneuma t i que
p, q)
Convertir l’énergie
pneumatique en énergie
mécanique de rotation
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
C, s)
Vérin rotatif
Moteur pneumatique
Structure d’un vérin simple effet et double effet
Alimentation enair comprimé Vers l’échappement
Principe d’un vérin rotatif
Per tes cha l eur )
Générateur de vide
Energ i e
pneuma t i que
p, q)
Convertir l’énergiepneumatique (p>patm) en
énergie pneumatique (p<patm)
Energ i e
pneuma t i que
p, q)
Per tes cha l eur )
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IV. 1°) Le contacteur électrique
Le contacteur permet : d’établir ou interrompre un fort courant électrique ainsi que :La commande à distance d’un circuit électrique sans effort manuel, L’automatisation des machines de production et l’amélioration de la sécurité de fonctionnement.
Principe effet Venturi
L’air comprimé, en passant dans l’étranglement prévu à l'intérieur provoque une accélération du fluxd'air qui provoque une dépression qui aspire l’air dans l’espace étanche ventouse - objet la ventouse
Un contacteur électromagnétique est constitué par :* Un électro-aimant (bobine + noyau de fer) qui attire
des contacts mobiles lorsqu’il reçoit un courant de la
partie commande.* Plusieurs contacts à établissement du circuit
(contacts de puissance)
Symbole
Contacteur
ContacteurFonctionnement
Symbole
LA FONCTION DISTRIBUER :
énéra teur de v ide
Air aspiré
objet
= Air comprimé + Air aspiré
Ordres de commande
Contacteur électromagnétique
énerg i e é l ec t r i que
d i spon ib l e
U, I )
énerg i e é l ec t r i que
d i s t r i buée
U, I )
Distribuer l’énergieélectrique
Per tes cha l eur )
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2°) Distributeur électropneumatique :
Ils permettent d'alimenter les vérins pneumatiques vus précédemment.
a)
D
ISTRIBUTEUR
5/2 (pour vérin double effet) Il possède :* 5 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 2 pour l'utilisation (Vers vérin),
2 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Energ i e pneum at i que
en p rovenance du compresseur
p, q)
Energ i e pneum at i que
d i s t r i buée
p, q)
La bobine ne reçoit pas l’ordre de commande (elle n’est pas alimentée) tous les contacts sont
ouverts ; le moteur n’est as alimenté
La bobine reçoit l’ordre de commande (elle est alimentée)
tous les contacts sont fermés ; le moteur es t a l imenté
Tiro ir
Or i f i ces
C o m m a n d e m a n u e l
Constitution
Position de repos Position de travail
Commandemanuelle
Commandemanuelle
Source de press ion
é chappemen t
Vers vér in
1
24
3
5
D i s tr ibu t eu r 5 / 2
é
c
Ordre de commande électrique
Distributeur
Distribuer l’énergiepneumatique
Per tes cha l eur )
Distributeur 5/2
Symbole
2 cases 2 pos i t i ons
Té d’obturation
2 orifices
d’échappement
Orifice relié à lasource de pression
Voie de circulationLe sens est indiqué par la flèche
2 orifices d’utilisation Vers vérin
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Il possède :* 4 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 1 pour l'utilisation (Vers vérin),
2 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Commande du distributeur
A chaque position du tiroir est associée une commande qui peut être un électro-aimant, un ressort, ...
b) DISTRIBUTEUR 4/2 (pour vérin double effet)
Symbole :
Si le distributeur possède une commande de chaque coté
il est dit b is tab le
a deux positions stables lors
qu’il n’y a pas d’ordre de commande)
Commande par ressort Commande par électro-aimant
Si le distributeur possède une seule commande d'un coté
et un ressort de l'autre il est dit monos t ab l e
a une position stable commandée par le ressort
lors qu’il n’y a pas d’ordre de commande)
Distributeur 5/2
b i s tab l e
Po s i t i o n commandée pa r
Un resso r t pos i t ion s tab le )
Pos i t i on comm andée
par
Un é l e c t r o - a iman t
Distributeur 5/2
monos t ab l e
La position du tiroir permet d’orienter la circulation du fluide dans le distributeur.
Position 2
Source de press ion
chappemen t
é
c
h
a
Fonctionnement
Position 1
Source de press ion
é chappemen t
Principe de fonctionnement d’un distributeur 5/2
Distributeur 4/2
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Il possède :* 3 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression),
1 pour l'utilisation (Vers vérin), 1 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Fonctionnement :
Le pilotage des distributeurs est réalisé par des commandes pneumatiques, électriques, manuelles ou mécaniques.
Type de pilotage les plus courants :
c)
D
ISTRIBUTEUR
3/2
(pour vérin simple effet)
Symbole :
Commande manuelle
BP levier galet ressort pression bobine électrovanne
Commande électriqueCommande
pneumatiqueCommande mécanique
Distributeur 3/2
Position1 Position2
Fonctionnement
Position 1
Position 2
d)
E
XEMPLES D
’
UTILISATION DE VERINS
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V. LA FONCTION TRANSMETTRE :
Transmettre l’énergie mécanique consiste à : Adapter l’énergie mécanique ou Transformer l’énergie mécanique
1°) Adapter l’énergie mécanique
a)
E
NGRENAGES CYLINDRIQUES A DENTURES DROITES
Rapport de réduction
Le rapport de réduction est fonction du Nombre de dents des roues de l’engrenage .
b)
P
OULIES COURROIE
Le rapport de réduction est fonction des diamètres des poulies
Symbole
∅ D entrée ∅ D sortie
Z entrée Dents
Z sortie Dents
Rapport de réduction
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
ω sortie ω entrée
N sortie N entrée
Z entrée Z sortie
D entrée D sortie = = =r =
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Z : Nombre de dents d’une roue
Poulie
d’entée
Symbole :
Poulie de sortie
Courroie
Poulie d’entée
( diamètre D sortie
)
Poulie de sortie
(Diamètre D entrée)
Transmettre
l’énergie mécanique
Adapter
l’énergie
mécanique
Transformer
l’énergie
mécanique
On adapte l’énergie mécanique lorsqu’on modifie ses caractéristiques. Exemple : réduction de la vitesse de rotation
On transforme l’énergie mécanique lorsque l’on modifie la nature dumouvement.
Exemple : Rotation Translation
ω sortie ω entrée
N sortie N entrée
D entrée D sortie = =r =
Engrenages cylindriques
Système poulies courroie
Energ i e m écan ique
de ro ta t i on
Ce, e)
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
Cs, s)
Pe r tes cha l eur )
Energ i e m écan ique
de ro ta t i on
Cs, s)
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
Ce, e)
Per tes cha l eur )
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
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c)
R
OUE ET VIS SANS FIN
Le rapport de réduction est fonction du nombre de filets de la vis sans fin et du nombre de dents de la roue dentée.
d)
E
NGRENAGES CONIQUES DENTURES DROITES
Rapport de réduction
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min D : Diamètre d’une roue
2°) Transformer l’énergie mécanique
a) SYSTEME A LEVIER
b) S
YSTEME VIS ECROU
ω sortie ω entrée
N sortie N entrée
Z entrée Z sortie
D entrée D sortie = = =r =
Déplacement (m) Pas (m) Nombre de tours (tour)
θ p =d
evier
Rapport de réduction
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Z vis : Nombre de filets du vis ; Z roue : Nombre de dents de la roue
ω sortie ω entrée
N roue N vis
Z vis Z roue = =r =
N entrée
N sortie
Z sortie
Z entrée
Symbole :
Le rapport de réduction est fonction des Nombre de dents des roues de l’engrenage
Vis sans fin
Symbole :
Symbole : Z vis nombre de filets
Z roue Dents
Système roue et vis sans fin
Engrenages coniques
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
Cs, s)
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
Ce, e)
Per tes cha l eur )
Système à levier
Système vis écrou
Energ i e mécan ique de
t rans l a t i on
FS, Vs
)Energ i e m écan ique
de ro ta t i on
Ce, e)
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation
Per tes cha l eur )
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
.
S, Cs)
Energ i e mécan ique
de t r ans l a t i on
Ve, Fe)
Transformer l’énergie
mécanique de translation en
énergie mécanique de
rotation
Per tes cha l eur )
Energ i e mécan ique de
ro ta t i on
Cs, s)
Energ i e mécan iqu e
de ro ta t i on
Ce, e)
Per tes cha l eur )
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
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c) P
OULIES
-
COURROIE
TAPIS
ROULANT)
d) SYSTEME BIELLE MANIVELLE
d)
P
IGNON CRAIMALLAIRE
Energ i e mécan ique de t r ans l a t i on
A l te rna t i ve
Vs , Fs)
Energ i e mécan ique de
t rans l a t i on
Vs , Fs)
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
e, Ce)
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation alternative
D = 2 . e
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
E, Ce)
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation
Système vis écrou
Cylindre
Manivelle
Piston
Bielle
Energ i e mécan ique
de t r ans l a t i on
Vs , FS)
Energ i e mécan ique
de ro ta t i on
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation
Per tes cha l eur )
Per tes cha l eur )
Système vis écrou
Per tes cha l eur )
Système vis écrou