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Cours de sciences d'ingénieurs

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    Sciences Math B

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    SCIENCES DE LINGENIEUR Manuel de cours

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    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