Conception et réalisation d'un système de rebobinage ...

UNIVERSITÉ D’ABOMEY-CALAVI

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ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

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Département de Génie Electrique

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Option : Énergie Électrique

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU

DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

THEME :

Conception et réalisation d’un système de rebobinageautomatique de transformateur monophasé

Réalisé par :GOUDALO Selma Eriyomi

Soutenu le, 27-12-2019, devant le Jury composé de :

Président : Dr SOGBOHOSSOU Mèdésu, enseignant à l’EPAC

Membres : 1. Dr (MC) FIFATIN François-Xavier, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire

2. Dr AZA-GNANDJI Maurel, enseignant à l’EPAC, Superviseur

3. Dr NOUNAGNONHOU Télesphore, enseignant à l’EPAC

Année Académique 2018 - 2019

12ième Promotion

DÉDICACES

A ma famille

i

REMERCIEMENTS

Nous ne saurions commencer ce travail sans au préalable exprimer notre profonde gratitudeà tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à sa réalisation.

Avant tout, nous remercions Dieu, le Seigneur Tout-Puissant, le Miséricordieux, lui qui atant fait pour nous, lui qui a veillé sur nous toute notre vie durant et particulièrement cescinq dernières années.

Nos remerciements vont également à l’endroit :

Du Professeur Guy Alain ALITONOU, Directeur de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) ;

Du Professeur François-Xavier FIFATIN, Directeur Adjoint de l’École Polytechniqued’Abomey-Calavi (EPAC) et maître de mémoire pour avoir accepté encadrer ce tra-vail ;

Du Docteur Théophile HOUNGAN, Chef de Département du Génie Électrique, poursa détermination à nous offrir une formation de qualité ;

De notre Encadreur, Docteur AZA-GNANDJI Maurel, pour tout l’effort consentipour l’avancement de ce travail, sa disponibilité inconditionnelle, ses multiples conseilset la confiance qu’il nous a accordé ;

De tous les enseignants du Département de Génie Électrique pour la qualité de laformation reçue ;

De mes parents GOUDALO Pamphile et KAKPO Suzanne pour leur amour etleurs conseils ;

ii

Remerciements

De mes frères et sœurs pour leur soutien ;

De mon cher OMOREMY Prudence Auriole pour son affection, conseil, aide et saprésence ;

De monsieur AGBODRIKOU Honoré, Directeur du Service Technique de Rebobi-nage Industriel d’Afrique, pour nous avoir accueilli dans sa structure ;

De nos camarades et amis de la 12 ème promotion d’Ingénieurs de conception pourleur soutien et l’ambiance conviviale durant ces années de formation ;

De EBAH Regel, ADIGBONON François, GBEGNON Fidèle et AYE José et desmes co-stagiaires pour la convivialité dans laquelle s’est déroulé notre stage ;

De AVOCEFOHOUN Alban, HOUNKANRIN Nicaise, HOUENOU Chadrack etGBENONTIN Sadler, pour leur aide, conseil et soutien ;

Rédigé par Selma Eriyomi GOUDALO EE/2018-2019 Page iii

TABLE DES MATIÈRES

Dédicaces i

Remerciements ii

Table des matières iv

Liste des sigles et abréviations vi

Liste des figures viii

Liste des tableaux xi

Résumé xii

Abstract xiii

INTRODUCTION GENERALE 1

1 Généralités sur les transformateurs monophasés 31.1 Introduction partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Transformateur monophasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.1 Technologie et structure interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.2 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Rebobinage des transformateurs monophasés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1 Éléments utilisés pour le rebobinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.2 Principe du rebobinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.4 Étude des systèmes d’embobinage existants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.5 Conclusion partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 Étude du système 222.1 Introduction partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

iv

TABLE DES MATIÈRES

2.2 Présentation du cahier de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1 Spécifications fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.2 Schématisation conceptuelle du fonctionnement du système . . . . . . 23

2.3 Description du fonctionnement du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.1 Synoptique détaillé du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.2 Principe de fonctionnement de la machine . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.3 Organigramme fonctionnel du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4 Étude technologique des composants du système . . . . . . . . . . . . . . . . 332.4.1 Étude technologique des composants de la partie électrique . . . . . . 332.4.2 Étude technologique des composants de la partie mécanique . . . . . . 45

2.5 Conclusion partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3 Dimensionnement des composants du système 513.1 Introduction partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.2 Partie mécanique du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.3 Partie électrique du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3.1 Dimensionnement du moteur assurant le mouvement de translation . 513.3.2 Dimensionnement du moteur assurant le mouvement de rotation . . . 54


4 Résultats et analyses 584.1 Introduction partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.2 Assemblage du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.2.1 Assemblage de la partie mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.2.2 Assemblage de la partie électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.3 Bilan financier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.4 Discussion et limites du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.4.1 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.4.2 Limites du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.4.3 Perspectives du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70


CONCLUSION GENERALE 71

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 72

Annexes 74A Schéma de câblage des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75B Différentes vues des pièces de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78C Différentes vues de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85D Guide d’utilisation de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Rédigé par Selma Eriyomi GOUDALO EE/2018-2019 Page v

LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS

e1 : force électromotrice au primaire

e2 : force électromotrice au secondaire

P1 : puissance active au primaire

p1 : puissance instantanée au primaire

P2 : puissance active au secondaire

p2 : puissance instantanée au secondaire

S1 : puissance apparente au primaire

S2 : puissance apparente au secondaire

u1 : tension instantanée au primaire

u2 : tension instantanée au secondaire

I2C : Inter-Integrated Circuit

TOR : Tout Ou Rien

µr : perméabilité relative

N1 : nombre de spires au primaire

N2 : nombre de spires au secondaire

f.e.m : force électromotrice

LCD : Liquid Crystal Display

LED : Light Emitting Diode

m : rapport de transformation

MISO : Master Input Slave Output

vi

TABLE DES MATIÈRES

MOSI : Master Output Slave Input

PCB : Printed Circuit Board

SD : Secure Digital

SPI : Serial Peripheral Interface

UCAO - UUC : Université Catholique d’Afrique de l’Ouest - Unité Universitaire à Cotonou

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LISTE DES FIGURES

1.1 Transformateur monophasé [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Tôles magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Différente disposition des enroulements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 Différents symboles du transformateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.5 Circuit équivalent du transformateur idéal [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.6 Représentation des tensions [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.7 Circuit équivalent du transformateur [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.8 Circuit équivalent du transformateur avec charge au secondaire [2] . . . . . . 111.9 Fil de cuivre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.10 Feuille Nomex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.11 Bobineuse électrique WDTC-01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.12 Différentes vues 3D de l’embobineur de transformateur . . . . . . . . . . . . . 20

2.1 Schématisation conceptuelle du fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2 Schéma synoptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3 Organigramme de programmation principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.4 Organigramme de programmation principal (suite et fin) . . . . . . . . . . . . 292.5 Organigramme de programmation du sous programme . . . . . . . . . . . . . 302.6 Organigramme de programmation du sous programme (suite) . . . . . . . . . 312.7 Organigramme de programmation du sous programme (suite et fin) . . . . . 322.8 Symbole d’un moteur pas-à-pas [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.9 Moteur pas à pas à réluctance variable [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.10 Moteur pas à pas à aimant permanent [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.11 Moteur pas à pas à aimant permanent unipolaire [5] . . . . . . . . . . . . . . . 392.12 Driver TB6600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.13 Configuration anode commune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.14 Configuration cathode commune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.15 Paramétrage des contrôleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

viii

LISTE DES FIGURES

2.16 Carte Arduino Méga 2560 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.17 Module SD card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.18 Module horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.19 Cale moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.20 Pied de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.21 Porte roulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.22 Porte fil haut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.23 Dessin du noyau utilisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.24 Cale noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.25 Tige filetée M8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.26 Tige filetée M10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.27 Tige filetée M12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.1 Moteur 23HS2856 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1 Schéma final de l’assemblage réalisé avec SolidWorks . . . . . . . . . . . . . . 594.2 Schéma annoté du montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.3 Schéma final du montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.4 Schéma du câblage sur protoboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.5 Schéma électrique du montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.6 Schéma du PCB obtenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.7 Typon à imprimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.8 Circuit imprimé final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.9 Composants câblés sur le circuit imprimé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

A.1 Schéma de câblage du clavier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75A.2 Schéma de câblage du moteur assurant le mouvement de rotation du noyau 75A.3 Schéma de câblage du moteur assurant le mouvement de translation du sys-

tème de guidage du fil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76A.4 Schéma de câblage de l’écran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76A.5 Schéma de câblage des capteurs de fin de course . . . . . . . . . . . . . . . . . 76A.6 Schéma de câblage du module horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77A.7 Schéma de câblage du module SD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77A.8 Schéma de câblage des LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77A.9 Schéma de câblage des boutons poussoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78B.10 Vues cotées des cales moteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79B.11 Vues cotées du porte roulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80B.12 Vues cotées du porte fil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81B.13 Vues cotées du cale noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82B.14 Vues cotées du noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83B.15 Vues cotées du pied . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84B.16 Vues cotées du moteur pas-à-pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Rédigé par Selma Eriyomi GOUDALO EE/2018-2019 Page ix

LISTE DES FIGURES

C.17 Vues de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Rédigé par Selma Eriyomi GOUDALO EE/2018-2019 Page x

LISTE DES TABLEAUX

1.1 Les caractéristiques du cuivre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Les exigences fonctionnelles de la bobineuse . . . . . . . . . . . . . . 232.2 Listes des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.3 Les différentes actions réalisées par les touches . . . . . . . . . . . . 352.4 Les spécifications électriques du TB6600 . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.5 Les spécifications électriques du TB6600 . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.6 Le paramétrage du pas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.7 Le paramétrage du courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.8 Listes des matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.9 Liste des pièces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.1 Caractéristiques des moteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.1 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.2 Devis quantitatif et estimatif électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.3 Devis quantitatif et estimatif mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.4 Vérification des exigences fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

xi

RÉSUMÉ

Les difficultés liées à la réparation des transformateurs endommagés notamment les pertesde temps et la texture de la finition constituent le quotidien des rebobineurs au Bénin. Dansce contexte, l’objectif de ce travail est de réaliser un système de rebobinage automatique detransformateur monophasé. Une méthodologie en cinq étapes est adoptée pour conduirecette réalisation. La première étape consiste en une modélisation 3D de la partie mécaniquede la machine grâce au logiciel SolidWorks version 2018. La deuxième étape est l’analyse dufonctionnement du système qui est réalisée selon les modes de marche grâce à des algori-grammes. À la troisième étape, les différents algorigrammes développés sont implémentésdans le langage Arduino sur une carte Méga. À la quatrième étape, une conception assistée àl’ordinateur de la partie électrique du système est réalisée sur la plateforme Proteus version8.6. La cinquième et dernière étape consiste à l’assemblage de la machine suivi d’une sériede tests. Après assemblage de la machine, les tests se sont révélés concluants. La machineconçue fonctionne effectivement selon les modes de marche définis, lors d’une opération derebobinage. La réalisation de cette machine constitue une solution technologique dévelop-pée localement, qui est capable d’engendrer un gain de temps substantiel pour les rebobi-neurs au Bénin.

Mots-clés : rebobinage automatique, transformateur monophasé, Arduino, conception assistéeà l’ordinateur

xii

ABSTRACT

The difficulties related to the repair of damaged transformers, like the loss of time and thetexture of the finish, constitute the daily issues of professional rewinders in Benin Repu-blic. In this context, the aim of this project is to design an automatic rewinding system fora single-phase transformer. A five-step methodology were adopted to conduct this study.The first step consisted in a 3D modeling of the mechanical part of the machine using So-lidWorks R2018. The second step were an analysis of the functioning of the system carriedout according to the operation modes using algorigrams. In the third step, the developedalgorigrams were implemented in the Arduino language with a Mega board. In the fourthstep, a computer aided design of the electrical part of the system were carried out on the Pro-teus R8.6 platform. The fifth and last step consisted in assembling the machine. Several testswere made. These tests revealed to be conclusive. The designed machine works effectivelyaccording to the defined operating modes, during a rewinding operation. The design of thismachine constitutes a technological solution developed locally, which is able to generate asubstantial time saving for professional rewinders in Benin.

Keywords : automatic rewindind, single-phase transformer, Arduino, computer aided design

xiii

INTRODUCTION GÉNÉRALE

Les transformateurs sont des convertisseurs d’énergie électrique. Ils permettent d’adapterune tension électrique en fonction de l’utilisation. Un transformateur modifie, selon le cas,la tension et l’intensité d’un courant électrique sans toutefois modifier la fréquence (50 Hzau Bénin). Ils sont rencontrés dans la plupart des applications de l’électrotechnique, qu’ilssoient de très grosses puissances comme ceux utilisés dans le réseau de distribution élec-trique ou de très petites puissances comme les transformateurs monophasés des appareilsutilisés tous les jours, comme les chargeurs pour les ordinateurs et téléphones, les rasoirsélectriques, etc. Pour la petite histoire, il faut savoir que de 1830 à 1885 plusieurs physi-ciens, scientifiques et ingénieurs ont expérimenté et étudié les divers phénomènes autourdes transformateurs, on peut citer Michael Faraday, Joseph Henri (auto-induction), Nicho-las Joseph Callan qui inventa en 1837, le premier transformateur. Il faudrait attendre la findes années 1880 pour voir le premier transformateur commercialisé [6].

Contexte et motivation du sujet

Les transformateurs monophasés se retrouvent aujourd’hui un peu partout. Ils sont souventrencontrés dans les appareils électroménagers. Le terme électroménager caractérise tous lesappareils et outils utilisant l’électricité et destinés à satisfaire des besoins domestiques, paropposition aux outils et machines industriels. Ils font partie intégrante de notre mode devie, avec leur rôle bien défini. Pour assurer leur bon fonctionnement, des transformateursmonophasés sont intégrés dans la plupart de ces appareils. Ces transformateurs ont pourrôle de convertir la tension électrique du secteur en une tension utilisable par les appareils.Comme tout appareil, il n’est pas rare de les voir tomber en panne. Les causes bien qu’étantvariables endommagent souvent leur bobinage. Ce dernier, une fois endommagé, doit êtreréparé pour une possible réutilisation du transformateur ainsi que de l’appareil en question.Ces bobines peuvent être refaites et cette opération est appelée le rebobinage. C’est une

1

INTRODUCTION GENERALE

opération difficile et très délicate, qui nécessite une attention particulière si elle est réaliséemanuellement.

Problématique et intérêt du sujet

La plupart des rebobineurs au Bénin rencontrent des difficultés à réaliser une opérationde rebobinage. Cette opération, souvent réalisée manuellement crée beaucoup de perte detemps. Cet état de chose est dû soit au manque de moyen pour acheter ou commander unappareil automatique de rebobinage ou soit à la non-maîtrise de la technologie utilisée pourla réalisation de cette machine.

La mise en œuvre d’un système de rebobinage automatique de transformateur monophasécontribue à rendre le travail des rebobineurs moins fastidieux et plus rapide. Ce systèmeprésente l’avantage d’être non seulement performant mais rapide.

Objectifs du sujet

L’objectif général visé dans le cadre de ce travail est de réaliser un système de rebobinageautomatique de transformateur monophasé. Cet objectif général est décliné en cinq (05) ob-jectifs spécifiques à savoir :

— concevoir la partie mécanique du système avec un logiciel de dessin technique ;— analyser les modes de marche et d’arrêt du système ;— implémenter le fonctionnement décrit sur une carte à processeur ;— faire la conception assistée à l’ordinateur de la partie électrique du projet et— assembler la machine suivi de série de tests.

A la suite de cette introduction qui présente le contexte, la problématique et les objectifsvisés, le document est subdivisé en quatre (04) chapitres.

Le chapitre 1 présente une brève généralité sur les transformateurs monophasés (leur tech-nologie, modélisation, symbole, etc.). Dans le chapitre 2, il est question d’analyser le sys-tème. Le chapitre comprend : la présentation du cahier de charge, la description du fonc-tionnement et l’étude technologique des composants.Le chapitre 3 aborde les aspects dudimensionnement des composants du système. Le chapitre 4, quant à lui, présente les résul-tats obtenus à l’issue des différents essais.

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CHAPITRE 1

GÉNÉRALITÉS SUR LES TRANSFORMATEURS

MONOPHASÉS

1.1 Introduction partielle

Ce chapitre présente une brève généralité sur les transformateurs monophasés (leur tech-nologie, modélisation, symbole, etc.). Il explique aussi le principe d’une opération de re-bobinage de transformateur monophasé tout en mettant un accent sur les différents outilsnécessaires pour cette opération.

1.2 Transformateur monophasé

1.2.1 Technologie et structure interne

Le transformateur tel qu’illustré à la figure 1.1 est constitué de deux parties que sont [1] :— un circuit magnétique réalisé en matériau ferromagnétique doux et feuilleté.— des enroulements : le transformateur monophasé est constitué de deux enroulements

couplés sur un noyau magnétique. L’un de ces enroulements est relié à la source alter-native : c’est le primaire, on lui adopte la convention récepteur. L’autre enroulementest le siège d’une f.e.m induite. Il peut débiter dans un récepteur : c’est le secondaire,on lui adopte la convention générateur.

3

CHAPITRE 1. GÉNÉRALITÉS SUR LES TRANSFORMATEURS MONOPHASÉS

FIGURE 1.1 – Transformateur monophasé [1]

Le rôle du circuit magnétique est de canaliser le flux magnétique produit par l’excitationde l’enroulement primaire vers l’enroulement secondaire. Le noyau se compose d’un em-pilement de tôles ferromagnétiques (généralement en forme de E et I), figure 1.2, de hauteperméabilité, isolées électriquement entre elles. Les lames en forme de E butent contre cellesen forme de I. Ces deux formes de lames sont maintenues ensemble par du vernis. Le cir-cuit magnétique doit être conçu de façon à réduire les pertes par courant de Foucault et parhystérésis qui se produisent lors de la variation périodique du flux magnétique. Il n’existeaucune connexion électrique entre le primaire et le secondaire. Le couplage entre les deuxenroulements est magnétique. La figure 1.2, illustre la forme des tôles ferromagnétiques quiforment le circuit magnétique.

FIGURE 1.2 – Tôles magnétiques

Pour réaliser un enroulement de transformateur d’une tension nominale donnée et d’unnombre de spires défini, deux technologies de bobinages sont réalisables : la forme cuiras-sée et la forme colonne (figure 1.3 ). Chacune d’elle est caractérisée par sa configurationd’enroulements par rapport au circuit magnétique. La technologie dite cuirassée consiste àdisposer les bobines au centre du circuit magnétique. Dans la technologie colonne, c’est l’in-



verse. Chaque technologie tient compte des contraintes qui lui sont définies dans le cahierdes charges. Le choix de l’une ou l’autre des technologies de bobinages relève souvent duconstructeur [7].

Chacune d’elles a ses avantages qui peuvent être [7] :

— un gain de place (cuirassé) ;— une meilleure tenue au court-circuit (cuirassé) ;— un meilleur refroidissement (colonne en couches) ;— une meilleure tenue au choc de foudre (colonne en couches) ;— une (relative) facilité de réalisation et bonne tenue diélectrique (colonne en galettes).

La figure 1.3 montre les deux dispositions d’enroulements :

FIGURE 1.3 – Différente disposition des enroulements

Enroulement cuirassé

Dans la technologie cuirassée, le circuit magnétique entoure les bobinages de haute et debasse tensions d’une phase donnée, comme sur la figure 1.3. Dans ces transformateurs cui-rassés, les chemins de retour du flux magnétique à travers le circuit magnétique sont ex-ternes et entourent les bobinages. Grâce à son excellent arrangement de l’écrantage magné-tique, le transformateur cuirassé correspond particulièrement bien à la fourniture de bassetension et fort courant, par exemple dans le cas de transformateurs de fours à arc. Cette tech-nologie est particulièrement compacte par rapport à la technologie colonne. Cependant, elle



requiert une certaine expérience et beaucoup de main-d’œuvre quant à la construction desbobinages et à l’assemblage des tôles de circuit magnétique [7].

Enroulement colonne

Les transformateurs à colonnes ont leurs chemins de retour du flux magnétique qui passentdans des jambes de circuit magnétique qui sont entourées concentriquement par les enrou-lements principaux. Dans la technologie à colonne, il y a principalement deux techniques debobinages qui sont [7] :

— le bobinage en couches : un des avantages de cette construction est sa bonne réparti-tion, par capacité, des chocs de foudre le long des spires. En revanche, un des pointsà prendre en compte est que sur l’épaisseur d’une bobine on obtient la pleine tensionde l’enroulement considéré. Ceci implique de bien isoler électriquement les couchesentre elles. Par construction, l’huile peut relativement facilement passer de bas enhaut à travers ces enroulements. Cela favorise leur refroidissement et les systèmes àhuile naturelle (ONAN, ONAF) sont particulièrement bien adaptés.

— le bobinage en galettes : de par la construction des enroulements en galettes, la pleinetension de l’enroulement est répartie sur toute la hauteur de la bobine, à contrario del’enroulement en couches où la tension de l’enroulement est à tenir dans l’épaisseurdu bobinage. Ainsi les précautions d’isolation à tenir sont moins contraignantes quela longue couche. De façon générale, les enroulements en galettes ont un facteur deremplissage de l’espace important.

La représentation symbolique du transformateur est présentée à la figure 1.4.

(a) Symbole 1

(b) Symbole 2

(c) Symbole 3

FIGURE 1.4 – Différents symboles du transformateur



Principe de fonctionnement du transformateur

Lorsqu’on applique une tension alternative à la source, ceci crée un flux alternatif dans lenoyau magnétique. Selon la loi de Faraday, ce flux crée des forces électromotrices dans lesbobines. La force électromotrice induite est proportionnelle au nombre de tours dans la bo-bine et au taux de variation du flux. Selon le rapport du nombre de tours entre le primaireet le secondaire, le secondaire alimente la charge avec une tension différente de celle de lasource [2].

1.2.2 Modélisation

Il existe deux modèles de transformateurs monophasés : le transformateur idéal ou parfaitet le transformateur réel. Cette partie est axée sur l’élaboration d’un modèle permettant decomprendre chaque type de transformateur.

1.2.2.1 Modélisation du transformateur parfait ou idéal

Un transformateur est idéal lorsqu’il présente les caractéristiques suivantes [2] :

• la résistance dans les fils (au primaire et secondaire) est nulle ;• le noyau magnétique est parfait (µr =∞ et ρ = 0).

Le circuit équivalent du transformateur idéal est donné dans la figure 1.5 :

FIGURE 1.5 – Circuit équivalent du transformateur idéal [2]

Si on étudie les implications de ces simplifications, on voit que la réluctance du noyau seranulle, et donc il n’y a pas de fuite. Le flux est donc totalement contenu à l’intérieur du noyau.Le couplage magnétique entre le primaire et le secondaire est parfait ; tout le flux du primairese rend au secondaire.

Relations du transformateur parfait

I Relation entre les tensions.



L’enroulement du primaire, formé de N1 spires est le siège d’une f.é.m. [3] :

e1 = N1.dφdt

(1.1)

En appliquant la loi des mailles au primaire du transformateur de la figure 1.6, on obtient :

e1 = −u1 (1.2)

avec u1 la tension sinusoïdale au primaire du transformateur.

FIGURE 1.6 – Représentation des tensions [3]

Le flux φ traverse toute spire du secondaire puisqu’on a supposé qu’il n’y avait pas de fuitesmagnétiques. En appliquant la loi des mailles au secondaire du transformateur de la figure1.6, on obtient [3] :

e2 = N2.dφdt

= u2 (1.3)

dφdt

= − e1N1

= − e2N2

⇒ e2e1

=N2

N1

(1.4)

On a alors :

e2e1

= −u2

u1

=N2

N1

(1.5)

Le signe (-) indique une opposition de phase. En valeur efficace on a [3] :

U2

U1

=N2

N1

(1.6)

Le rapport N2

N1est noté m et est appelé rapport de transformation du transformateur.

En insérant m dans l’équation 1.5, on a alors :

u2 = −m.u1 (1.7)

d’oùU2 = m.U1 (1.8)



I Relations entre les intensités des courants primaire et secondaire.

Les flux étant additifs et le circuit magnétique idéal, le théorème d’Ampère s’écrit [3] :

N1.i1v( vide) = N1.i1 + N2.i2 ≈ 0⇒ N1.i1 = −N2.i2 (1.9)

On en déduit :[3]i2i1

= −N1

N2

= − 1

m⇒ i1 = −m.i2 ⇒ I1 = m.I2 (1.10)

Remarque : selon la loi de Lenz, les Ampères-tours du secondaire s’opposent au primaire.

I Relations entre les puissances.

Les relations établies précédemment entraînent les relations suivantes entre les puissances[3] :

• puissances instantanées :

p1 = u1.i1 = −(u2

m).(−m.i2) = u2.i2 = p2 (1.11)

• puissance active :

P1 = U1.I1. cosφ1 =U2

m.m.I2. cosφ2 = U2.I2. cosφ2 = P2 (1.12)

• puissance réactive :

Q1 = U1.I1. sinφ1 =U2

m.m.I2. sinφ2 = U2.I2. sinφ2 = Q2 (1.13)

• puissance apparente :

S1 = U1.I1 =U2

m.m.I2 = U2.I2 = S2 (1.14)

• rendement du transformateur :

η =Pu

Pa

=P2

P1

= 1 (1.15)

avec Pu la puissance utile et Pa la puissance absorbée.

On en conclut que les puissances active et réactive absorbées par le primaire sont totale-ment transmises à la charge connectée au secondaire( pas de pertes). Le rendement d’untransformateur parfait est égal à 1 [1].



1.2.2.2 Modélisation du transformateur réel

Le transformateur réel ne possède pas des caractéristiques parfaites comme le transforma-teur idéal. On doit tenir compte [2] :

1. du noyau magnétique. Le noyau possède une caractéristique B(H) non-linéaire, avechystérésis, et une perméabilité non-infinie ( µr 6=∞ ) ;

2. des bobinages. Les bobinages sont en cuivre, ayant une résistivité non-nulle ( ρ 6= 0 ).

Compte tenu de ces caractéristiques, on peut déduire trois sources de pertes dans le trans-formateur [2] :

1. puisque la perméabilité du noyau est non-infinie, la réluctance du noyau n’est plusnulle. Il y a par conséquent des fuites de flux :— au primaire— au secondaire

2. il existe des fuites par hystérésis et des fuites par courants de Foucault.

3. la résistivité des fils de cuivre implique une résistance interne au primaire et au se-condaire.

Les conséquences de ces phénomènes parasites sont [2] :

— le rendement du transformateur est inférieur à 100 % ;— le rapport de tension entre le primaire et le secondaire ne sera pas exactement égal au

rapport du nombre de tours. La tension au secondaire variera aussi en fonction de lacharge.

Avec tous les phénomènes parasites vus dans la section précédente, on peut représenter cespertes par des éléments du circuit équivalent de la figure 1.7.

FIGURE 1.7 – Circuit équivalent du transformateur [2]

Avec :

— R1 : résistance de l’enroulement primaire ;



— R2 : résistance de l’enroulement secondaire ;— L1 : inductance de l’enroulement primaire ;— L2 : inductance de l’enroulement secondaire ;— Rc : résistance du circuit magnétique ;— Lm : inductance du circuit magnétique ;

Si on branche une charge au secondaire du transformateur, on a le circuit suivant (figure 1.8)

FIGURE 1.8 – Circuit équivalent du transformateur avec charge au secondaire [2]

La plupart des transformateurs possèdent une plaque signalétique. Selon la norme NFC15100, la plaque signalétique indique [3] :

— la valeur de la puissance apparente : SN = S1 = S2 ;— la tension d’alimentation du primaire U1 ;— la tension d’utilisation à vide du secondaire : U2v ;— la fréquence d’utilisation (au Bénin f = 50 Hz) ;

Ces indications permettent le calcul théorique :

— du rapport de transformation défini par : m =U2v

U1

=N2

N1

;

— des intensités efficaces des courants nominaux : I1N =SN

U1

et I2N =SN

U2v

;

Le rendement (η) d’un transformateur est défini comme le rapport de la puissance active ausecondaire sur la puissance active au primaire [2].

η =P2

P1

(1.16)

Ceci donne [2] :

η =U2I2 cosφ2

U1I1 cosφ1

=U2I2 cosφ2

U2I2 cosφ2 + Pertes(Fer) + Pertes(Cuivre)(1.17)

Pour trouver le rendement maximum, on dérive η par rapport au courant I2, on trouve que[2] :



dηdI ′

2

= 0 (1.18)

lorsque :

U21

Rc

= Req(I′

2 )2 (1.19)

Ceci veut dire que le rendement d’un transformateur est maximum lorsque les pertes Fersont égales aux pertes Cuivre.

1.3 Rebobinage des transformateurs monophasés

Le rebobinage d’un transformateur monophasé est une opération au cours de laquelle lebobinage endommagé est remplacé par un nouveau bobinage. Pour y parvenir, plusieursmatériaux et matériels sont utilisés.

1.3.1 Éléments utilisés pour le rebobinage

Pour réaliser une opération de rebobinage de transformateur, l’élément principal utilisé estle fil de cuivre.

1.3.1.1 Fil de cuivre

Les spires du transformateur sont réalisées avec du fil de cuivre (figure 1.9). Dans le tableaupériodique des éléments, le cuivre est l’élément chimique de numéro atomique 29 et de sym-bole Cu du groupe 11, de la période 4 de la table de classification périodique des éléments.Le cuivre a des propriétés remarquables extrêmement nombreuses. Celles-ci ne sont pasforcément exigées par l’utilisateur systématiquement en même temps. La grande majoritédes applications du cuivre se réfère à l’une des 2 propriétés dominantes : sa conductibilitéélectrique et thermique d’une part et sa résistance à la corrosion d’autre part. À ces deuxpropriétés de base, il faut souvent ajouter des propriétés de résistance mécanique, d’apti-tude à la mise en œuvre ou à l’usinage, que le cuivre ne possède pas ou insuffisamment [8].On fait alors recours aux alliages de cuivre .

Les caractéristiques du cuivre [9] sont présentées dans le tableau 1.1 :



TABLEAU 1.1 – Les caractéristiques du cuivre

[9]

CaractéristiquesDensité 8,93 kg/dm3

Température de fusion 1084CCoefficient de dilatation 1,7 mm/m pour 100 degrésCouleur rouge cuivre, ou orange, jaune-rougeTransparence opaque

Parmi les métaux purs et à température ambiante, le cuivre présente la deuxième conduc-tivité la plus élevée (59, 6 ∗ 106S/m), juste après l’argent [9]. Et il présente la deuxième plusfaible résistivité à 300 K (ρ = 17 ∗ 10−9 Ω.m) après l’argent. Ce sont ces deux paramètres quilui confèrent ses caractéristiques de bon conducteur thermique et électrique.

FIGURE 1.9 – Fil de cuivre

Dans l’objectif d’assurer un bon fonctionnement du transformateur rebobiné, l’isolationentre les deux enroulements doit être réalisée. Pour cela, deux options existent :

l’utilisation des rubans adhésifs ; l’utilisation des feuilles Nomex.

1.3.1.2 Ruban adhésif

Ce sont des rubans à multiples usages tels que [10] :

• l’isolation ou réparation de câbles électriques ;• l’isolation pendant une soudure à vague ;



• la non propagation de flamme.

Ils sont utilisés à cause de leurs différentes caractéristiques qui sont les suivantes [10] :

• tenue en température ;• force diélectrique ;• résistance à la décharge électrostatique ;• retardateur de flamme;• choix de la masse adhésive ;• conformabilité.

Tenue en température

La température est l’un des facteurs déterminants du maintien des caractéristiques diélec-triques des isolants. C’est d’elle dont dépend le vieillissement plus ou moins accéléré desrubans adhésifs. Cinq (05) classes de température ont été normalisées pour répondre aufonctionnement en continu des matériels électriques qui sont [10] :

• Classe Y : stabilité thermique jusque 80C en continu, 105C en pointe ;• Classe A : stabilité thermique jusque 105C en continu, 130C en pointe ;• Classe B : stabilité thermique jusque 130C en continu, 155C en pointe ;• Classe F : stabilité thermique jusque 155C en continu, 175C en pointe ;• Classe H : stabilité thermique jusque 180C en continu, 255C en pointe.

Force diélectrique

Elle est la capacité d’un isolant à résister aux champs électriques sans perdre ses capacitésisolantes. Le ruban adhésif est alors caractérisé par sa tension de claquage qui définit lavaleur maximale de tension électrique que l’isolant peut subir avant que le matériau nedevienne défectueux [10].

Résistance à la décharge électrostatique

Selon [10], certains adhésifs ont une faible charge statique permettant d’isoler et de protégerdes éléments électroniques sensibles à l’électricité statique.

Retardateur de flamme

Un grand nombre d’adhésifs isolants répondent à la norme UL 510 qui est une méthode detest utilisée pour déterminer l’inflammabilité des rubans adhésifs. Lorsqu’un adhésif répondà cette norme, il est alors qualifié de non propagateur de flamme. La plupart du temps, ilssont aussi auto extinguibles, c’est-à-dire qu’ils peuvent brûler dans une flamme mais, qu’ilss’éteignent dès qu’on les retire [10].



Choix de la masse adhésive

Ce choix dépend de la tenue en température souhaitée. Une masse adhésive silicone serasur les rubans adhésifs soumis à une température élevée. On retrouve dans les adhésifsisolants électriques des masses adhésives caoutchouc ou silicone thermodurcissables dontles performances sont accrues après un cycle de polymérisation à haute température [10].

Conformabilité

Un ruban adhésif isolant doit pouvoir s’enrouler correctement autour de l’élément à isoler,de manière serrée, sans que cela n’entraîne de fragilités du ruban ni une réduction de sacapacité isolante [10].

1.3.1.3 Feuilles Nomex

Les papiers isolants souples Nomex et les cartons à base de Nomex livrés sous forme deplanches, sont fabriqués à partir de polyamide aromatique présentant une excellente stabi-lité thermique (de -196C à 300C), une forte tenue mécanique, une résistance aux flammeset une bonne rigidité diélectrique. Cette combinaison de propriétés fait du Nomex un iso-lant électrique idéal pour une large gamme d’applications allant des transformateurs auxgénérateurs, des éoliennes aux véhicules hybrides [11]. Ces feuilles sont d’épaisseurs et dedensités variables.

Les rebobineurs utilisent le plus souvent la feuille Nomex représentée à la figure 1.10.

FIGURE 1.10 – Feuille Nomex

Une première isolation est réalisée entre les enroulements du primaire et du secondaire.Après la pose des enroulements du secondaire, une seconde isolation est réalisée. Les entrées



et sorties des enroulements du primaire ainsi que du secondaire sont protégées par desgaines d’isolation.

1.3.1.4 Gaine d’isolation

Les gaines sont constituées de tresse de verre revêtue d’un vernis. On distingue des gaines[12] :• revêtues d’un vernis polyvinyle ;• revêtues d’un vernis polyuréthane ;• constituées des tresses de verre uniquement ;• enduites de silicone.

Gaines revêtues d’un vernis polyvinyle

Ce sont des gaines qui ont [12] :

• pour tension moyenne de claquage 1,5 kV;• une bonne adhérence du film polyvinyle sur la tresse ;• une bonne tenue au vieillissement et aux vibrations ;• pour température d’utilisation : 105C en service continu (Classe A -10C à +105C).

Elles sont souples, résistantes au pliage.

Gaines revêtues d’un vernis polyuréthane

Ce type de gaine a [12] :

• pour tension moyenne de claquage 2,5 kV;• une bonne adhérence du film polyuréthane sur la tresse ;• une bonne tenue au vieillissement et aux vibrations ;• pour température d’utilisation : 155C service continu (Classe F -30C à +155C) ;• une bonne tenue aux huiles.

Elle est souple, résistante au pliage et n’entretient pas la combustion.

Gaines constituées des tresses de verre uniquement

Quant à ce type de gaine, elle a [12] :

• pour tension moyenne de claquage 1 kV;• une bonne tenue au vieillissement et aux vibrations ;• pour température d’utilisation : -55C à +500C en service continu (Classe C).

Elle est une gaine très souple, résistante au pliage qui permet d’éviter les risques d’abrasionet n’entretient pas la combustion.



Gaines enduites de silicone

Selon [12], elle a :

• pour tension moyenne de claquage 4 kV;• une bonne adhérence du silicone sur la tresse ;• une bonne tenue au vieillissement et aux vibrations ;• pour température d’utilisation : 55C à +180C en service continu (Classe H) ;• une bonne tenue à l’humidité et aux produits chimiques usuels

Elle est une gaine très souple, résistante au pliage qui permet d’éviter les risques d’abrasionet n’entretient pas la combustion.

Le choix de la gaine à utiliser dépend du diamètre du fil de cuivre et de l’usage désiré. Cesgaines existent sous une plage de diamètre allant de 0,5 mm à 25 mm.

1.3.2 Principe du rebobinage

La réussite de toute opération de rebobinage résulte de la bonne exécution des tâches sui-vantes :

— le démontage ;— le nettoyage des lames ;— la détermination des caractéristiques du fil ;— le rebobinage proprement dit ;— le montage, l’étuvage et le test.

1.3.2.1 Démontage du transformateur monophasé

Pour y parvenir, le boîtier du transformateur doit être retiré pour ceux qui en ont. Généra-lement, les outils utilisés pour le démontage sont le tournevis et le maillet. Avec ces deuxoutils, la première lame est forcée pour se détacher des autres lames. Elle est la plus diffi-cile à enlever. Dès que cette lame est enlevée, le support se fragilise et la sortie des autreslames devient beaucoup plus facile. Quand toutes les lames de tôles magnétiques sont en-levées, le noyau et les enroulements sont obtenus. Il n’est pas rare de constater que certainstransformateurs n’ont pas de noyau ferromagnétique.

1.3.2.2 Nettoyage des lames

Le nettoyage des lames consiste à enlever le vernis qui s’est séché sur elles. Cette opérationest nécessaire, car elle facilite l’assemblage du transformateur à la fin du rebobinage. Dudissolvant est utilisé pour nettoyer le vernis.



1.3.2.3 Détermination des caractéristiques du fil

Le palmer est l’outil de mesure généralement utilisé. Il permet de mesurer le diamètre dufil utilisé pour le primaire ainsi que pour le secondaire du transformateur endommagé. Labalance est utilisée pour connaître le poids exact du bobinage enlevé du primaire et du se-condaire. Ainsi, la quantité et le diamètre du fil à utiliser pour le rebobinage du transforma-teur sont connus. Il est également possible de connaître la longueur exacte de fil de cuivre àutiliser pour le rebobinage de chaque côté, après un petit calcul.

Détermination de la longueur totale de fil de cuivre pour chaque enroulement

D’après [9], la densité du cuivre est : dcu = 8, 93 kg/dm3. On obtient alors :

Vmes = 0, 001 ∗ (pmes

8, 93)(en m3) (1.20)

En considérant le fil de cuivre comme un cylindre de longueur finie, on a :

Vmes = π.r2.Lt (en m3) (1.21)

Des équations 1.20 et 1.21, on a :

Lt =Vmes

π.r2(1.22)

Avec :— Lt : longueur totale de fil de cuivre en m;— dcu : densité du cuivre ;— pmes : poids du fils de cuivre mesuré en kg ;— Vmes : volume correspondant au poids du fils de cuivre mesuré ;— r : rayon du fil de cuivre en m.

1.3.2.4 Rebobinage proprement dit

Une fois le fil acheté, le rebobinage peut réellement commencer. À cette étape, tout le fil decuivre acheté pour chaque côté est enroulé autour du noyau. Pour les transformateurs quine disposent pas de noyau, un bois ayant les dimensions exactes de l’emplacement prévupour le noyau est utilisé. À la fin de l’opération, le bois est enlevé.



1.3.2.5 Montage, étuvage et test

Dès la fin de l’opération suit l’assemblage du transformateur. Toutes les lames enlevées sontreplacées. Ensuite, on procède au vernissage du transformateur puis à son étuvage.

Le vernissage consiste à mettre du vernis sur les enroulements ainsi que les lames du trans-formateur. L’étuvage, quant à lui, consiste à placer l’ensemble verni dans un four à unetempérature assez élevée pour dessécher le vernis. L’étuvage solidifie l’ensemble verni.

1.4 Étude des systèmes d’embobinage existants

Une bobineuse automatique de transformateur est un appareil de rebobinage, capable d’en-rouler une certaine quantité de fil de cuivre et de compter le nombre de spires de manièreautomatique. Il existe plusieurs modèles de bobineuses de différentes fabrications.

La figure 1.11 présente une bobineuse à fil plat.

FIGURE 1.11 – Bobineuse électrique WDTC-01

La figure 1.12 présente une bobineuse réalisée dans le cadre de travaux antérieurs à l’Uni-versité Catholique d’Afrique de l’Ouest - Unité Universitaire à Cotonou (UCAO-UUC) .

Sur les figures 1.12a, 1.12b et 1.12c sont présentées les vues en 3D de l’appareil.



(a) La vue de haut en 3D du système

(b) La vue de face en 3D du système

(c) La vue de droite en 3D du système

FIGURE 1.12 – Différentes vues 3D de l’embobineur de transformateur

Cette machine permet [13] :

• d’enrouler le fil de bobinage autour du noyau ;• de lire les paramètres d’entrée tels que le nombre de spires, la section du fil, la largeur

du noyau, le diamètre du noyau ;• d’afficher les paramètres sur un écran.

Elle comprend [13] :

• un afficheur LCD 16x2 qui affiche la valeur numérique saisie par l’utilisateur ;• une alimentation à courant continue 5/12V 5A pour alimenter le moteur et les autres

équipements du système ;• une carte à microcontrôleur qui assure le fonctionnement de tout le dispositif ;• un capteur de fin de course détectant le contact ;• un clavier matriciel 3*4 ;• deux moteurs pas à pas ;• un cadre mécanique contenant un guide par le fil de bobinage ;• un interrupteur off/on pour la mise sous tension et hors tension du système ;



• un bouton poussoir pour la réinitialisation du processus une fois le rembobinage ter-miné.

Il fonctionne suivant deux modes : le mode manuel et le mode automatique [13].

Une fois le système mis sous tension, un appui long sur une touche quelconque du clavierdéclenche le mode manuel. Dans ce mode de rebobinage, l’utilisateur doit tendre lui mêmele fil de rebobinage et l’orienter durant toute l’opération de rebobinage. Ce qui n’est pas troppratique.

Une fois le système en marche, un appui court sur une touche du clavier déclenche le modeautomatique. Les différents paramètres utiles sont entrés dans le système. L’utilisateur a lapossibilité de valider ou d’annuler les données entrées. Dès que les données sont validées,les moteurs se mettent automatiquement en marche. L’utilisateur n’est pas tenu de tendre lefil ni de l’orienter. Tout cela est fait par la machine, grâce à un système de guidage du fil.

Ce système, tel qu’il est décrit est bon pour une opération de rembobinage mais, présentequelques insuffisances que le présent projet prend en compte :

• le système du guidage du fil n’est pas assez efficace car le fil n’est pas bien tendu lorsde l’opération. En effet, pour une réussite de l’opération, le fil doit être bien tendu ;• l’opérateur n’a pas la possibilité d’interrompre l’opération ;• le système est incapable de fonctionner correctement suite à une interruption invo-

lontaire de l’alimentation (coupure de courant) ;• l’utilisateur n’a pas également la possibilité d’avoir un journal de toutes les opéra-

tions effectuées.

1.5 Conclusion partielle

La constitution du transformateur monophasé a été présentée dans ce chapitre ainsi queson utilité. De même, son fonctionnement y est décrit. L’opération de bobinage étant uneopération délicate et complexe, les différentes phases de sa réalisation ont été énuméréesainsi que les différents éléments entrant dans sa mise en œuvre.

Le chapitre suivant présente les exigences fonctionnelles de la bobineuse ainsi que les diffé-rents composants ( électriques et mécaniques) entrant dans sa réalisation.


CHAPITRE 2

ÉTUDE DU SYSTÈME


Pour pouvoir réaliser une machine fonctionnelle, les différentes fonctions désirées doiventêtre définies ainsi que les différents composants ou matériels nécessaires. Ce chapitre exposedans un premier temps le fonctionnement général de la bobineuse. Dans un second temps,une étude des composants du système est faite.

2.2 Présentation du cahier de charge

2.2.1 Spécifications fonctionnelles

La bobineuse est conçue pour réduire le temps d’intervention de l’opérateur. Les différentesfonctionnalités de l’appareil sont résumées dans le tableau 2.1 :

22

CHAPITRE 2. ÉTUDE DU SYSTÈME

TABLEAU 2.1 – Les exigences fonctionnelles de la bobineuse

N Exigences fonctionnellesLa bobineuse doit pouvoir :

1 fonctionner sur la tension du secteur (220V)2 alimenter la carte de commande en tension continue de 9V3 alimenter les moteurs en tension continue de 12V4 avoir un interrupteur d’allumage/d’extinction5 signaler son état (LED verte pour signaler que c’est allumé et LED jaune pour

signaler qu’une opération est en cours)6 fonctionner correctement suite à une interruption volontaire ou involontaire7 permettre à l’utilisateur d’entrer des données (longueur totale et diamètre du fil

à bobiner, longueur et largeur du noyau)8 afficher les informations à l’utilisateur (date, nombre de tours effectués, indiquer

la fin d’une opération, les différents messages)9 enregistrer les données à chaque opération de rebobinage

10 enrouler le fil de cuivre correctement autour du noyau11 tendre le fil à bobiner12 faire correctement les mouvements de translation13 faire correctement les mouvements de rotation

L’opérateur doit pouvoir :14 entrer les données utiles15 effectuer les actions appropriées à chaque étape16 interrompre une opération de rebobinage17 avoir les informations relatives à chaque opération

2.2.2 Schématisation conceptuelle du fonctionnement du système

Le fonctionnement de la bobineuse est présenté sur la carte conceptuelle de la figure 2.1 :



Bobineuse

Ecran LCD

Bloc d affichage

Tension continue

RedressementTension du

secteur

Bloc commande

Bloc d entrée

Bloc de stockage

Microcontrôleur Clavier

constitué tel que

données

stocker

Utilisateur

saisir

Contrôleur moteur

commande

Moteur du système guidage de fil à gauche ou à droite

commande

Moteur portant le noyau

constitué

Affichant message à

provenant du

Interrupteurcomposé de

exige s allume/s éteint par

bouger tourner

sont envoyées

FIGURE 2.1 – Schématisation conceptuelle du fonctionnement

L’essentiel à retenir sur la figure 2.1 est que la bobineuse a besoin d’être alimentée en unetension continue qui est issue d’un redressement de la tension alternative du secteur. Elle estcomposée de plusieurs blocs qui peuvent se communiquer entre eux. Chaque bloc regroupeun certain nombre de composants qui jouent un rôle bien déterminé. La bobineuse disposeégalement d’un interrupteur qui permet de l’allumer ou de l’éteindre.

2.3 Description du fonctionnement du système

2.3.1 Synoptique détaillé du système

Le synoptique détaillé de la bobineuse est présenté à la figure 2.2.



Bloc d alimentation 9V/12V

Bloc d entrée

Bloc de traitement

Bloc opérationnelBloc d affichage

Bloc de Feedback

12V

Bloc de stockage

9V

FIGURE 2.2 – Schéma synoptique

La figure 2.2 illustre les différentes relations qui existent entre les blocs. Il y a au total 08blocs différents. C’est l’interaction entre ces blocs qui est à la base du bon fonctionnementde la bobineuse. Ils sont constitués d’un ensemble de composants électriques/électroniques.

2.3.1.1 Bloc d’alimentation

Il a deux blocs d’alimentation distincts. Le premier bloc fournit une tension continue de 9Vpour alimenter la carte de commande et le second bloc fournit la tension continue d’alimen-tation des moteurs qui est de 12V. Ces blocs sont des alimentations à découpage.

2.3.1.2 Bloc d’affichage

Ce bloc est constitué d’un écran LCD. Cet écran est utilisé pour afficher des informations àl’utilisateur.



2.3.1.3 Bloc d’entrée

Ce bloc est constitué d’un clavier, de trois (03) boutons poussoirs et d’un interrupteur. L’in-terrupteur est utilisé pour mettre en marche ou éteindre l’appareil. L’opérateur fournit lesdonnées nécessaires par l’intermédiaire du clavier. Quant aux boutons poussoirs, ils per-mettent d’effectuer des actions (confirmation et annulation d’une action, défilement du cur-seur sur l’écran).

2.3.1.4 Bloc de stockage

Ce bloc est constitué de l’ensemble carte mémoire + module carte mémoire. Il enregistre aufur et à mesure les données relatives à une opération de rebobinage en cours. Ces donnéessont utilisées en cas de reprise de l’opération suite à une interruption volontaire ou involon-taire. Ce bloc permet de disposer d’un journal de toutes les opérations effectuées.

2.3.1.5 Bloc de traitement

Ce bloc est constitué de la carte de commande qui est l’Arduino. Il traite les signaux d’entréeafin d’émettre les ordres de sortie. Ce sont des signaux TOR de type électrique.

2.3.1.6 Bloc de opérationnel

Ce bloc est constitué de l’ensemble moteur + contrôleur. Les moteurs assurent les mouve-ments de rotation du noyau ferromagnétique et de translation du système de guidage de fil.Ces moteurs sont commandés par la carte Arduino à travers leur contrôleur respectif.

2.3.1.7 Bloc de Feedback

Il est constitué des capteurs de fin de course. Ces capteurs détectent la fin d’une course dusystème de guidage du fil et envoient des informations au bloc de traitement.

2.3.2 Principe de fonctionnement de la machine

Le principe de fonctionnement de la machine est inspiré du principe utilisé par les rebo-bineurs locaux pour faire une opération de rebobinage. La machine est constituée de deuxmoteurs pas à pas. Le premier moteur assure la rotation du noyau et le second moteur secharge de faire déplacer le système de guidage. Après avoir fait une spire autour du noyau,le premier moteur s’arrête pour permettre au second moteur de bouger du diamètre de filutilisé pour le rebobinage. Cette opération se poursuit jusqu’à ce qu’on atteigne le bord du



noyau. Une fois le bord atteint, l’opération se poursuit dans le sens inverse jusqu’à ce quela longueur totale de fil à rebobiner. La détection des bords du noyau est assuré par deuxcapteurs de fins de courses disposés de part et d’autre du noyau. Le guide d’utilisation dela machine est présenté à l’annexe D.

2.3.3 Organigramme fonctionnel du système

Un organigramme de programmation (parfois appelé algorigramme, logigramme ou plusrarement ordinogramme) est une représentation graphique normalisée de l’enchaînementdes opérations et des décisions effectuées par un programme d’ordinateur [14].

Les figures 2.3 et 2.4 présentent une représentation graphique de l’enchaînement des opéra-tions et des décisions effectuées par l’appareil. C’est l’organigramme principal du système.Cet organigramme s’occupe des fonctions telles que les messages affichées à l’écran, de l’ini-tialisation des variables, la saisie des données, la validation ou l’annulation d’une action parl’utilisateur etc. C’est également lui qui est chargé de vérifier s’il s’agit d’une nouvelle opé-ration de rebobinage et d’effectuer l’action qui en découle. Cet organigramme contient unsous-programme qui est détaillé à la figure 2.5, 2.6 et 2.7. Ce sous-programme concernele déroulement de l’opération de rebobinage proprement dite. Il gère les différents calculspouvant indiquer au programme principal si le bobinage est fini. C’est à son niveau que lesmoteurs sont commandés, en fonction du feedback des capteurs de fin de course, de manièrealternée pour former les enroulements consécutifs sur le noyau.



Début

Existence sauvegarde ?

- Initialisation variable- Led verte allumée- Message sur écran LCD

- Lecture fichiers - Prise en compte des informations

Bouton« Set »appuyé

Saisie des informations nécessaires

Bouton«Valider »?

Bouton «Oui»?

Bouton «Annuler»

?

Bouton « Non »?

Délais de 60s ?

a

b

FIGURE 2.3 – Organigramme de programmation principal



Démarrer bobinage

- Led jaune- Information

écran

Bouton « Pause »?

- Bobinage en pause

-Led jaune clignote

Bouton « Continuer

» ?

Bobinage terminé?

- Message sur écran

- Led jaune éteinte

Bouton « Retour »?

a

b

FIGURE 2.4 – Organigramme de programmation principal (suite et fin)



Fil à gauche et tendu?

B==1?

FCG==1 ?

- Démarrer moteur M- Sens = sens.actuel

l = l+P1 ??

t++

L==l??

- BF = 1;- Arrêter les moteurs- Bobinage terminé

- l=l+P1- BF=0- t=0- Arrêter moteur N

L==l??

a

b

c

Démarrer bobinage

FIGURE 2.5 – Organigramme de programmation du sous programme



a

Sens==1?

FCD==1 ?

- Sens =0- Démarrer M vers côté gauche- tour=tour+2

Distance d atteinte?

Arrêter M

-sens=1-Démarrer M vers côté droit


FCG==1 ?

- sens=1- Démarrer M vers côté droit- tour=tour+2


- sens=0- Démarrer M vers côté gauche


c

FIGURE 2.6 – Organigramme de programmation du sous programme (suite)



b

- Charger les données ( BF, t, FCD, FCG, l, L)

Moteur N allumé ?

Arrêter moteur N

L==l ??

-BF=1- Arrêter tous les moteurs

c

a

FIGURE 2.7 – Organigramme de programmation du sous programme (suite et fin)



Légende

I Moteur N : moteur assurant le mouvement rotation du noyau ;I Moteur M : moteur assurant le mouvement de translation du système de guidage ;I FCG : capteur de fin de course gauche ;I FCD : capteur de fin de course droite ;I 1=actif=oui ;I 0=non actif=non ;I B : bobinage vient de commencer ;I V : vitesse du moteur ;I P : périmètre du noyau ;I P1= P + ( tour*d) ;I d : diamètre du fil ;I L : longueur total de fil à bobiner ;I BF : bobinage achevé ;I t : temps actuel ;I l : longueur de fil déjà bobinée ;I sens : vaut 1 pour le sens droit et 0 pour le sens gauche ;I tour : cette variable permet de savoir si le fil a déjà fait un aller-retour. Par défaut,

tour=0.

2.4 Étude technologique des composants du système

2.4.1 Étude technologique des composants de la partie électrique

Pour la réalisation de la partie électronique de la bobineuse et assurer son bon fonctionne-ment, les composants listés dans le tableau 2.2 sont utilisés :



TABLEAU 2.2 – Listes des composants

Désignations QuantitéCarte Arduino 01Carte mémoire 01

Module carte mémoire 01Module horloge 01

Clavier 4*4 01Écran LCD + module I2C 01

Moteurs pas à pas 02Contrôleur moteur pas à pas 02

Régulateur LM7809 01Fiche Jack 01

Capteur de fin de course 02Interrupteur 01

Outre ces composants, il y a :I les jumpers ;I les LEDs ;I les résistances ;I les T-blocks ;I les connecteurs pins et ;I les boutons poussoirs.

2.4.1.1 Technologie de l’écran LCD

L’écran LCD utilisé est un écran de 4 lignes 20 caractères. Il est composé de deux parties :un écran LCD classique et au dos un module d’interface I2C. Le module permet de relierfacilement le microprocesseur et l’écran tout en réduisant le nombre de lignes nécessaires àseulement deux lignes. La communication avec la carte Arduino se fait sur les deux lignesdénommées SCL et SDA. Il faut ajouter les lignes d’alimentation VCC et GND. Chaquemodule I2C possède sa propre adresse qui peut être fixe ou réglage. L’adresse peut êtremodifiée en faisant des liaisons entre des bornes de l’interface dans le cas où il y a plusieursmodules I2C.

2.4.1.2 Technologie du clavier

Le clavier utilisé est un clavier matriciel de 4 lignes et 4 colonnes, comportant huit broches,quatre (04) pour les lignes et quatre (04) pour les colonnes. L’appui d’une touche établitune liaison entre la ligne et la colonne au niveau de cette touche. Ce clavier est utilisé pourl’insertion des données nécessaires à l’opération de rebobinage. L’utilisateur dispose de dif-



férentes touches pour rentrer des valeurs. Le tableau 2.3 résume les actions réalisées par lesdifférentes touches du clavier.

TABLEAU 2.3 – Les différentes actions réalisées par les touches

Touche du clavier Action réalisée1 12 23 34 45 56 67 78 89 90 0A Touche de direction gaucheB Touche de direction droiteC aucune actionD Touche de suppression* aucune action# ,

2.4.1.3 Technologie des moteurs pas-à-pas

Ce type de moteur est très courant dans tous les dispositifs où l’on souhaite faire du contrôlede vitesse ou de position en boucle ouverte, typiquement dans les systèmes de position-nement et d’indexation. L’usage le plus connu du grand public est dans les imprimantesclassiques et imprimantes 3D, les scanner et les platines vinyle de DJ. Mais ils sont présentsdans de nombreuses applications telles : les photocopieurs, imprimantes bancaires, robo-tique, instrumentation, pompes à perfusion, pousse-seringues, système de positionnementsur machine industrielle et machine-outil.

Un moteur pas-à-pas est une machine qui tourne en fonction des impulsions électriquesreçues dans ses bobinages. L’angle de rotation minimal entre deux modifications des impul-sions électriques s’appelle un pas. On caractérise un moteur par le nombre de pas par tour(c’est-à-dire pour 360). On peut dire que, le moteur pas à pas est un convertisseur électro-mécanique destiné à transformer le signal électrique (impulsion ou train d’impulsion) endéplacement (angulaire ou linéaire) mécanique. Il existe plusieurs types des moteurs pas àpas selon leurs différents principes de réalisations. Néanmoins, on utilise dans les schémasélectriques un symbole unique [4].



FIGURE 2.8 – Symbole d’un moteur pas-à-pas [4]

Ils présentent les avantages suivants [15] :

I la rotation est constante pour chaque commande (précision d’ un pas meilleure que5% ) ;

I l’existence de couple à l’ arrêt ;I le contrôle de la position, de la vitesse et synchronisation de plusieurs moteurs ;I ce sont des moteurs sans balais.

Ils présentent également les inconvénients suivants [15] :

I plus difficile à faire fonctionner qu ’un moteur a courant continu ;I la vitesse et le couple relativement faible ;I le couple décroît rapidement lorsque la vitesse augmente.

On distingue trois (03) types de moteurs pas à pas [5] :

I le moteur à réluctance variable ;I le moteur à aimants permanents ;I le moteur hybride, qui est une combinaison des deux technologies précédentes.

Moteur pas-à-pas à réluctance variable

Les moteurs à réluctance variable (moteurs MRV) doivent leur nom au fait que le circuitmagnétique qui les compose s’oppose de façon variable à sa pénétration par un champ ma-gnétique. Ces moteurs sont composés d’un barreau de fer doux et d’un certain nombre debobines. Lorsqu’on alimente une bobine, le champ magnétique cherche à minimiser le pas-sage dans l’air. Ainsi l’entrefer entre la bobine et le barreau se réduit. Le barreau s’aligneavec le champ magnétique pour obtenir une réluctance minimale. On alimente la phase 1,puis la phase 2, puis la phase 3... Si l’on souhaite changer le sens du moteur, il suffit de chan-ger l’ordre d’alimentation des bobines. Dans la pratique, le barreau de ferrite a plusieursdents (ici 6). Dès qu’on alimente la phase 2, il y a une rotation de 15 (i.e. 60 - 45 = 15),puis la phase 3, etc. Donc le moteur tourne de 15 dès qu’on alimente une phase. Il faut 24



impulsions pour faire un tour complet. C’est un moteur de 24 pas [5]. La figure 2.9 présenteun moteur pas-à-pas à réluctance variable.

FIGURE 2.9 – Moteur pas à pas à réluctance variable [5]

Avantages

Ils sont peu coûteux, d’une bonne précision. Dans l’exemple de la figure 2.9, avec seulement4 enroulements, on obtient 24 pas (on peut facilement obtenir 360 pas). Le sens du courantdans la bobine n’a aucune importance [5].

Inconvénients

Ils nécessitent au moins trois bobinages, pour obtenir un cycle complet, pas de couple rési-duel, c’est-à-dire que hors tension, le rotor est libre, ce qui peut être problématique pour cegenre de moteur. La fabrication est assez délicate, les entrefers doivent être très faibles [5].

Moteur pas-à-pas à aimants permanents

Les moteurs à aimants permanents sont semblables aux moteurs à réluctance variable, saufque le rotor possède des pôles NORD et SUD. À cause des aimants permanents, le rotor restefreiné à sa dernière position lorsque le bloc d’alimentation cesse de fournir des impulsions[5]. La figure 2.10 illustre un moteur à aimant permanent. Ils sont constitués de deux (02)bobines (A et B sur la figure 2.10 ).



FIGURE 2.10 – Moteur pas à pas à aimant permanent [5]

Dans la famille des moteurs pas-à-pas à aimants permanents, on distingue les moteurspas-à-pas bipolaires qui contiennent deux enroulements (bobines). Chaque enroulement estcommandé en courant positivement ou négativement. Le rotor aimanté possède plusieurspôles Nord-Sud. Ces moteurs possèdent 4 fils (2 par bobine). Le moteur représenté à la figure2.10 est un moteur bipolaire.

Les moteurs pas-à-pas unipolaires possèdent 6 fils correspondant à 4 demi-bobines. Chaquedemi-bobine est alimentée toujours de la même manière ce qui permet de ne jamais avoirbesoin d’inverser le sens du courant dans une bobine. Ils possèdent davantage d’enroule-ments et sont donc plus compliqués à réaliser. La figure 2.11 illustre un moteur pas-à-pas àaimant permanent unipolaire.



FIGURE 2.11 – Moteur pas à pas à aimant permanent unipolaire [5]

Moteur pas à pas hybride

Le moteur pas-à-pas hybride emprunte du moteur à aimant permanent et de la machine àréluctance variable. Il est donc à réluctance variable, mais avec un rotor à aimant permanent.L’avantage est un nombre de pas très élevé [5]. Leur intérêt réside dans un meilleur couple,une vitesse plus élevée, et une résolution de 100 à 400 pas/tour [15].

2.4.1.4 Technologie des contrôleurs du moteur

Le driver utilisé pour contrôler les moteurs est le TB6600. Avec ce type de driver, le paramé-trage du courant d’alimentation du moteur et du micro pas se fait à l’aide de 6 interrupteurs.Les spécifications électriques du driver sont présentées dans le tableau 2.4 [16] :

TABLEAU 2.4 – Les spécifications électriques du TB6600

Paramètre ValeurCourant d’entrée (A) 0 - 5Courant de sortie (A) 0.5 - 4Puissance maximale 160 W

Micro pas 1 ; 2/A; 2/B ; 4 ; 8 ; 16 ; 32Température (C) -10 à 45

L’image 2.12 montre le contrôleur TB6600 utilisé :



FIGURE 2.12 – Driver TB6600

Le tableau 2.5 fait une description des différentes broches entrées/sorties du driver. [16]

TABLEAU 2.5 – Les spécifications électriques du TB6600

Signal d’entréPUL+ Pulse +PUL- Pulse -DIR- Direction -DIR+ Direction +ENA- Off-line Control Enable -ENA+ Off-line Control Enable +

Enroulement du moteurA+ Entrée enroulement AA- Sortie enroulement AB- Sortie enroulement BB+ Entrée enroulement B

AlimentationVcc (DC) Vcc (9V - 42V)

GND GND

La sortie Pulse est celle chargée d’envoyer les impulsions au moteur. En ce qui concernel’entrée Direction, elle sert à paramétrer le sens de rotation de l’arbre du moteur. Quant àl’entrée Enable, elle permet de choisir le mode de fonctionnement du moteur. Il y a le modemanuel et automatique.



Il existe deux configurations de câblage des signaux d’entrées qui sont : la configurationanode commune et la configuration cathode commune. Celle adoptée dans ce travail est laconfiguration cathode commune car c’est la plus pratique et courante.

Dans la configuration anode commune, on connecte les entrées PUL+, DIR+ et ENA+ àl’alimentation fournie par la carte de commande (+ 5V). Si la tension fournie par la carteest de 5V, la connexion peut être faite. Dans le cas contraire, une résistance de limitation decourant doit être placée à l’externe. Les entrées PUL-, DIR- et ENA- sont reliées chacune àune broche PWM de la carte de commande. La figure 2.13 montre la configuration anodecommune [16].

FIGURE 2.13 – Configuration anode commune

Dans la configuration cathode commune, on connecte les entrées PUL-, DIR- et ENA- à lamasse de la carte de commande. Les entrées PUL+, DIR+ et ENA+ sont connectées chacuneà une broche PWM de la carte de commande. La figure 2.13 montre la configuration anodecommune. [16]

FIGURE 2.14 – Configuration cathode commune

Les tableaux 2.6 et 2.7 montrent le paramétrage du contrôleur.



TABLEAU 2.6 – Le paramétrage du pas

Micro pas Pulse S1 S2 S3NC NC ON ON ON

1 200 ON ON OFF2/A 400 ON OFF ON2/B 400 OFF ON ON

4 800 ON OFF OFF8 1600 OFF ON OFF

16 3200 OFF OFF ON32 6400 OFF OFF OFF

Pour paramétrer le pas du moteur, on actionne les interrupteurs S1, S2 et S3 du contrôleur.La première colonne indique les différents pas effectués par le moteur avant de faire untour complet. La deuxième colonne renseigne sur le nombre d’impulsions nécessaire avantde faire un tour en fonction du pas voulu. Les trois dernières colonnes indiquent l’état desinterrupteurs. Donc si on choisit de faire fonctionner le moteur sur 32 pas, il faut mettre àOFF les interrupteurs S1, S2 et S3.

TABLEAU 2.7 – Le paramétrage du courant

Courant (A) S4 S5 S60.5 ON ON ON1.0 ON OFF ON1.5 ON ON OFF2.0 ON OFF OFF2.5 OFF ON ON2.8 OFF OFF ON3.0 OFF ON OFF3.5 OFF OFF OFF

En fonction du courant d’alimentation des moteurs, les interrupteurs S4, S5 et S6 sont ac-tionnés. Si le moteur fonctionne sur un courant de 2.8A par exemple, il faut actionner uni-quement l’interrupteur S6.

La figure 2.15 illustre le paramétrage des contrôleurs utilisés pour la réalisation de la bobi-neuse.



FIGURE 2.15 – Paramétrage des contrôleurs

2.4.1.5 Technologie de la carte Arduino

La carte de commande utilisée est la carte Arduino Méga 2560 (figure 2.16). La carte ArduinoMéga 2560 est basée sur un ATMega2560 cadencé à 16 MHz. Elle dispose de 54 E/S dont 14PWM, 16 analogiques et 4 UARTs. Des connecteurs situés sur les bords extérieurs du circuitimprimé permettent d’enficher une série de modules complémentaires.

FIGURE 2.16 – Carte Arduino Méga 2560

Elle peut se programmer avec le logiciel Arduino. Le contrôleur ATMega2560 contient unbootloader qui permet de modifier le programme sans passer par un programmateur. Onpeut l’alimenter à travers le port USB ou le connecteur d’alimentation avec une tensioncontinue de 7V à 12V.

2.4.1.6 Technologie du module carte mémoire

Pour faciliter l’enregistrement, la sauvegarde et la lecture des données liées à chaque opé-ration de rebobinage, une carte SD a été utilisée pour avoir de la mémoire. Les modules SD



sont généralement constitués d’un emplacement pour la carte SD et des pins pour pouvoirs’y interfacer [17].

Le module de carte SD présente 6 broches pour permettre d’établir la connexion : [17]— 2 connexions pour l’alimentation et ;— 4 pour établir la liaison SPI

Nous avons ainsi la broche [17] :

— 5V pour l’alimentation du module ;— GND pour la masse du module ;— CS ou ChipSelect pour activer la communication ;— MISO broche de transmission équivalent à la borne Tx d’un port série. Sortie du mo-

dule.— MOSI broche de réception équivalent à la borne Rx d’un port série. Entrée du module ;— SCK (Clock) horloge permettant de synchroniser la communication

La figure 2.17 présente le module utilisé pour la machine :

FIGURE 2.17 – Module SD card

2.4.1.7 Technologie du module horloge

Le module horloge temps réel utilisé pour la bobineuse est le DS3231. C’est une horlogeprécise qui peut conserver les heures, les minutes et les secondes, ainsi que des informationssur le jour, le mois et l’année. Le module peut fonctionner sur 3,3 ou 5 V, ce qui le rendapproprié pour de nombreuses plates-formes de développement ou microcontrôleurs. Lemodule utilise également une pile qui peut l’alimenter et lui permettre de conserver lesinformations pendant une durée. Le module utilise le protocole de communication I2C quifacilite la connexion à la carte Arduino.

Sur la figure 2.18 est présenté le module horloge temps réel utilisé.



FIGURE 2.18 – Module horloge

Le schéma de câblage des différents composants électriques est présenté à l’annexe A.

2.4.2 Étude technologique des composants de la partie mécanique

La liste des matériaux utilisés dans le cadre de la conception de la partie mécanique dusystème est listé dans le tableau 2.8.

TABLEAU 2.8 – Listes des matériaux

Désignations QuantitéÉcrou M10 60Rondelles M10 60Roulement 04Écrou M8 04Rondelles M8 04Boulon M4 6Fer rond de dimension 20*35*120 02Tige filetée de diamètre 10(m) 6

En plus de ces matériaux, les pièces présentées dans le tableau 2.9 ont été utilisées.

TABLEAU 2.9 – Liste des pièces

Désignations QuantitéPorte fil haut 01

Porte roulement 04Cale moteur 04

Pieds 04



Les images des figures 2.19, 2.20, 2.21 et 2.22 illustrent les pièces suscitées. Elles ont étéréalisées par le logiciel SolidWorks. Une description complète de toutes les pièces est faite àl’annexe B.

FIGURE 2.19 – Cale moteur

Cette pièce est utilisée pour caler le moteur. On en utilise deux pour chaque moteur. Elle estmaintenue en équilibre grâce à deux tiges filetées qui passent à travers les trous. Les troussont identiques.

FIGURE 2.20 – Pied de la bobineuse

Cette pièce est le support de la machine. C’est sur cette dernière que repose toutes les autrespièces du système.



FIGURE 2.21 – Porte roulement

Des tiges filetées sont couplées à l’arbre des moteurs. Ce sont ces tiges qui portent le noyauet le système de guidage du fil. Pour assurer leur libre rotation et leur alignement, ils sontmis dans des roulements. Le rôle de la pièce de la figure 2.21 est de porter les roulements.



FIGURE 2.22 – Porte fil haut

Cette pièce sert à guider le fil qui va être enroulé autour du noyau.

FIGURE 2.23 – Dessin du noyau utilisé

Cette pièce illustre le noyau utilisé pour l’opération de rebobinage.



FIGURE 2.24 – Cale noyau

Sur la figure 2.24 est illustré la pièce utilisée pour caler le noyau.

2.4.2.1 Technologie des tiges filetées et écrous

Une tige filetée est une simple tige à pas de vis auquel s’ajoute une rondelle et/ou un écrou,pour une meilleure fixation. Celle utilisée pour le montage de la bobineuse est en acier douxde diamètre M10. Les vis utilisées sont également en acier doux. Les figures 2.25,2.26 et 2.27montrent respectivement des tiges filetées en acier doux de diamètre 8mm,10mm et 12mm.

FIGURE 2.25 – Tige filetée M8






Dans ce chapitre, le cahier de charge de la bobineuse a été décrit, les différents composants(mécanique et électrique) sont listés. De même, l’organigramme de programmation du sys-tème a été présenté.

Dans le prochain chapitre, le dimensionnement des composants utilisés, notamment les mo-teurs, a été abordé.


CHAPITRE 3

DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS DU SYSTÈME


Dans le souci d’assurer le bon fonctionnement de la bobineuse, certains composants commeles moteurs doivent être dimensionnés. Dans ce chapitre, les différentes équations de dimen-sionnement des composants sont étudiées.

3.2 Partie mécanique du système

Le support mécanique de notre appareil est réalisé avec du bois et des tiges filetées M10(diamètre 10mm). Ce sont des tiges filetées en acier de construction (acier d’usage général).

3.3 Partie électrique du système

3.3.1 Dimensionnement du moteur assurant le mouvement de translation

Ce moteur est celui utilisé pour le mouvement de translation du système de guidage. C’estun entraînement à vis. D’après [18], les principales étapes de dimensionnement du moteurpour ce type d’entraînement sont :

I déterminer le moment d’inertie de la charge ;I déterminer le moment d’inertie de la charge ainsi que celui du moteur ;I déterminer le couple du système.

Soit :

51

CHAPITRE 3. DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS DU SYSTÈME

— Ltige la longueur totale de la tige ;— dtige le diamètre de la tige ;— J moment d’inertie ;— ρ le pas de la vis ;— g la gravité ;— F la force ;— E le rendement ;— W la masse de la charge ;— TL le couple du système ;— rtige le rayon de la tige.

Calcul du moment d’inertie de la charge

Pour déterminer le moment d’inertie total de la charge, le moment d’inertie de la chargeainsi que de la vis doivent être calculés.

Le moment d’inertie de la charge est déterminé par l’équation 3.1

Jcharge = W ∗ ρ2 ∗ (1

2π)2 (3.1)

Grâce à l’équation 3.2, le moment d’inertie de la vis utilisée est calculé.

Jvis =π

32∗ (d4tige) ∗ Ltige ∗ rtige (3.2)

Le moment d’inertie total est obtenu à l’équation 3.3.

Jtotal charge = Jcharge + Jvis (3.3)

En prenant :— Ltige = 500 m;— dtige = 10 mm;— ρ = 1,50 mm;— E = 0,95 ;— W = 7 kg ;— rtige = 5 mm.

Application numérique

Jcharge = 7 ∗ (0, 0015)2.(1

2π)2



Jcharge = 0, 000038861567 kg.m2

Jvis =π

32∗ (0, 014) ∗ 0, 5 ∗ 0, 05

Jvis = 2, 454369266061 ∗ 10−11 kg.m2

Jtotal charge = 0, 000038861567 + 2, 454369266061 ∗ 10−11

Jtotal charge = 0, 000038861592 kg.m2

Ainsi le moment de toutes les charges est :

Jtotal charge ' 3, 9 ∗ 10−5 kg.m2

Calcul du moment d’inertie total

Le moment d’inertie total est calculé à l’aide de l’équation 3.4 où Jmotor est le moment d’iner-tie du moteur.

Jtotal = Jtotal charge + Jmoteur (3.4)

D’après [18],

Jmotor > 10 ∗ Jtotal charge (3.5)

10 ∗ Jtotal charge = 0, 00039 kg.m2 = 39 ∗ 10−5 kg.m2

Donc le moment d’inertie du moteur doit satisfaire à la condition suivante, d’après 3.5 :

Jmotor > 39 ∗ 10−5 kg.m2 (3.6)

Jmotor est trouvé dans la table des moments d’inertie de rotor dans [18]. En se servant decette table et de l’équation 3.6, Jmotor = 0, 00055 kg.m2

Calcul du couple du système

D’après [18], le couple du système est obtenu par l’équation 3.7 :

TL =F.ρ

2.E.π(3.7)

En prenant :



— ρ = 1.5 mm = 0.0015 m;— F = 7 ∗ 9, 81⇒ F = 68, 67 N ;— E = 0,95 d’après [18] ;


TL =68, 67 ∗ 0, 0015

2 ∗ 0, 95 ∗ π(3.8)

Le couple est alors : TL = 0, 01726 N.m

On peut prendre : TL = 0, 017 N.m

3.3.2 Dimensionnement du moteur assurant le mouvement de rotation

Ce moteur est celui utilisé pour le mouvement de rotation du noyau ferromagnétique. C’estun entraînement direct de la charge. D’après [18], les principales étapes de dimensionne-ment du moteur pour ce type d’entraînement sont :

I déterminer le moment d’inertie de la charge ;I déterminer le moment d’inertie de la charge ainsi que celui du moteur ;I déterminer le couple du système.

Soit :

— r le rayon du cylindre ;— r0 le rayon extérieur du cylindre ;— J moment d’inertie ;— L la longueur du cylindre ;— W la masse du cylindre ;— TL le couple du système ;— J le moment d’inertie.

Calcul du moment d’inertie de la charge

Pour déterminer le moment d’inertie total de la charge, le moment de la charge selon les axesX et Y doit être calculé. Le moment de la charge suivant l’axe X est déterminé par l’équation3.9 :

Jcharge X = 0, 5 ∗W ∗ r2 (3.9)



Le moment de la charge suivant l’axe Y est déterminé par l’équation 3.10 :

Jcharge Y =1

12∗W ∗ (3 ∗ r2 + L2) (3.10)

En prenant :

— r = 5 mm;— L = 0,5 m;— W = 7 kg ;


Jcharge X = 0, 5 ∗ 7 ∗ 0, 0052

Jcharge X = 0, 0000875 Kg.m2

Jcharge Y =1

12∗ 7 ∗ (3 ∗ 0, 0052 + 0, 52)

Jcharge Y = 0, 145877083333 Kg.m2

Le moment d’inertie de la charge est donné par l’équation 3.11 :

Jcharge = Jcharge X + Jcharge Y (3.11)

Jcharge = 0, 0000875 + 0, 145877083333

Jcharge = 0, 146 Kg.m2

Le moment d’inertie de la charge est alors :

Jcharge = 0, 146 Kg.m2

Le moment d’inertie total est calculé à l’aide de l’équation 3.4 où Jmotor est le moment d’iner-tie du moteur.

La condition selon laquelle Jmotor > 10 ∗ Jtotal charge doit être également respectée pour ledimensionnement de ce moteur.

10 ∗ Jcharge = 1, 46 Kg.m2

Donc le moment d’inertie du moteur doit satisfaire à la condition suivante, d’après 3.12 :

Jmotor > 1, 46 kg.m2 (3.12)

Jmotor est trouvé dans la table des moments d’inertie de rotor dans [18].



Calcul du couple du système

D’après [18], le couple du système est obtenu par l’équation 3.13 :

TL = F ∗ r (3.13)

En prenant :

— F = 7 ∗ 9, 81⇒ F = 68.67 N ;— r = 0, 005


TL = 68, 67 ∗ 0, 005

TL = 0, 34 N.m

Le couple est alors : TL = 0, 34 N.m

En tenant compte des résultats obtenus après le dimensionnement des deux moteurs, descontraintes du marché et financier, le moteur choisi est le moteur Nema 23 23HS5628 .Ce sont des moteurs hybrides ayant un couple de 1.26 N.m et un moment d’inertie de0.00003 Kg.m2.

Le tableau 3.1 présente les caractéristiques des moteurs utilisés.

TABLEAU 3.1 – Caractéristiques des moteurs

Angle correspondant à chaque pas 1.8

Tension de limitation 2.5VCourant de limitation 2.8ARésistance par phase 0.9 ΩInductance par phase 2.5 mH

Sur la figure 3.1 est illustré le moteur utilisé pour la réalisation de la machine.



FIGURE 3.1 – Moteur 23HS2856

Le moteur est accompagné d’un lot de 4 fils de longueur 30cm. Ces fils représentent lesentrées du moteur. Ces fils sont de différentes couleurs : bleu, rouge, vert et jaune.

Le schéma du câblage du moteur est représenté à l’annexe A.


Les composants électriques (notamment les moteurs) et mécaniques (les tiges filetées, lesécrous) ont été dimensionnés dans ce chapitre. Une fois dimensionnés, ils peuvent être uti-lisés pour le montage de la bobineuse. Les résultats obtenus après assemblage de ces com-posants sont présentés dans le chapitre qui suit.


CHAPITRE 4

RÉSULTATS ET ANALYSES


Après l’assemblage des différents composants, suit la phase de test du prototype réalisé.Les résultats obtenus à l’issu de ces tests sont présentés dans ce chapitre ainsi que les limitesobservés sur le système.

4.2 Assemblage du système

4.2.1 Assemblage de la partie mécanique

Après le dessin des différentes pièces avec le logiciel suit l’étape de l’assemblage. L’assem-blage final obtenu est présenté à la figure 4.1.

58

CHAPITRE 4. RÉSULTATS ET ANALYSES

FIGURE 4.1 – Schéma final de l’assemblage réalisé avec SolidWorks

Le schéma annoté de la bobineuse est présenté à la figure 4.2.


CH

APITR

E4.

RÉSU

LTATS

ETA

NA

LYSES

FIGURE 4.2 – Schéma annoté du montage

Rédigé

parSelm

aEriyom

iGO

UD

ALO

EE/2018-2019Page

60


Le tableau 4.1 nomme les différentes pièces qui constituent l’assemblage.

TABLEAU 4.1 – Nomenclature

Narticle Désignation Quantité29 porte_touret 128 AFBMA 20.1 −29 −10 −10,DE,NC,10_68 127 Assemblage_fin_course 226 porte_bobine 125 Assemblage_noyau 124 cale_noyau 223 tige_filetee_court_1 222 support_bobine_1 221 support_bobine 220 B18.2.3.2M − Formed hex screw, M6 x 1.0 x 10

−−10WN1

19 B18.2.3.2M − Formed hex screw, M6 x 1.0 x 10−−18WS

2

18 B18.22M −Plain washer, 10mm, regular 4817 B18.2.4.5M −Hex jam nut, M10x 1.5, with 16mm WAF

−−D −S20

16 B18.2.4.5M −Hex jam nut, M10x 1.5, with 16mm WAF−−D −N

28

15 tige_filetee_court 114 tige_filetee_long 113 support_final_porte_fil 112 tige_lisse_M8 211 cale_moteur_2 110 cale_moteur1 19 porte_fil2 18 porte_fil 17 couplage 26 porte_roulement 15 porte_roulement_1 14 moteur_fin1 23 cale_moteur 22 tige_filetee 81 pieds 4

La bobineuse réalisée est montrée à la figure 4.3.



FIGURE 4.3 – Schéma final du montage

Le système est composé de différentes pièces. Toutes ces pièces concourent au bon fonction-nement de la machine. Les quatre (04) pieds servent de support à l’ensemble ainsi que lestiges filetées. Le porte roulement sert à contenir le roulement. Une tige filetée M10 est accou-plée à l’arbre de chaque moteur. Une tige porte le noyau et assure sa rotation. Des cales sontprévues pour fixer le noyau. La seconde tige porte le système de guidage du fil et assure sonmouvement de translation. Le système de guidage sert à guider le fil qui va être bobiné surle noyau.

4.2.2 Assemblage de la partie électrique

Après avoir monté la partie mécanique de la bobineuse, des tests ont été effectués pour vé-rifier le bon fonctionnement de la machine. Pour réussir ces tests, les différents composantsénumérés dans le chapitre traitant de l’analyse du système doivent être câblés ensemble. Cecâblage a été effectué sur protoboard. La figure 4.4 montre le câblage des composants sur



protoboard.

FIGURE 4.4 – Schéma du câblage sur protoboard

Une fois le test fini, l’étape suivante est la réalisation du PCB . Le logiciel utilisé pour lefaire est Proteus (version 8.6). Pour cela, le circuit électrique du montage a été réalisé enremplaçant certains composants par des connecteurs. Cela va permettre à réduire la taillefinale du circuit obtenu. La dimension finale de la carte de circuit imprimé est de 8cm*6.7cm.Le schéma électrique du circuit réalisé avec Proteus est montré à la figure 4.5.


CH

APITR

E4.

RÉSU

LTATS

ETA

NA

LYSES

FIGURE 4.5 – Schéma électrique du montage

Rédigé

parSelm

aEriyom

iGO

UD

ALO

EE/2018-2019Page

64


Sur la figure 4.5, l’ATMEGA2560 n’apparait pas car c’est un composant de surface. Lesbroches de l’Arduino vont être enfichées dans des connecteurs.

Le PCB obtenu est représenté à la figure 4.6.

FIGURE 4.6 – Schéma du PCB obtenu

Sur la figure 4.6, se trouve le circuit à imprimer. Une fois obtenu, on réalise le typon. C’estce typon qui est utilisé pour réaliser le circuit final.

Le typon à imprimer est représenté à la figure 4.7.



FIGURE 4.7 – Typon à imprimer

La figure 4.8 montre ce circuit imprimé final.

FIGURE 4.8 – Circuit imprimé final

C’est sur ce circuit que tous les composants vont être enfichés.



La figure 4.9 présente les différents composants enfichés sur le circuit imprimé. Cet ensembleobtenu a été mis dans un boitier fabriqué avec du contre plaqué.

FIGURE 4.9 – Composants câblés sur le circuit imprimé



4.3 Bilan financier

Le tableau 4.2 fait le point financier de tous les achats des composants électriques effectués.

TABLEAU 4.2 – Devis quantitatif et estimatif électrique

Désignation Quantité Prix unitaire Prix totalCarte Arduino Méga 01 7 829 7 829

Carte mémoire 01 4 000 4 000Module carte mémoire 01 1 624 1 624

Module horloge 01 1 936 1 936Clavier 4*4 01 1 624 1 624

Écran LCD +module I2C 01 3 587 3 587Moteur pas à pas + contrôleur 02 18 103 36 206

Fiche Jack 01 600 600Résistance de 10 kΩ 05 75 375

Capteur de fin de course 02 336 672Résistance de 220 Ω 02 75 150

Led verte 01 50 50Led rouge 01 50 50

Connecteur 80 6.25 500Terminal block 02 120 240

Bouton poussoir 03 250 750Étain 03 m 100 300

Pile au lithium 01 2 496 2 496Interrupteur 01 150 150

Alimentation à découpage 01 6 527 6 527Impression circuit imprimé 01 2 500 2 500

Total 72 166

Le tableau suivant fait le point financier de tous les achats des composants mécaniques.

TABLEAU 4.3 – Devis quantitatif et estimatif mécanique

Désignation Quantité Prix unitaire Prix totalÉcrou M10 + rondelle M10 60 75 4 500

Roulement 04 500 2 000Tige filetée M10 06 m 2000 12 000

Tige lisse M8 02 2 500 5 000Écrou + rondelle M8 04 100 400

Peinture 01 2 000 2 000Total 25 900

Les montants de la main d’œuvre de la réalisation des pièces en bois par le menuisier ainsique du travail des mécaniciens s’élèvent respectivement à 8 000F et 12 000F.



Les frais de la réalisation de la bobineuse s’élèvent à : cent dix-huit mille soixante six francsCFA (118 066 F CFA).

4.4 Discussion et limites du système

4.4.1 Discussion

Une fois le système conçu, des tests ont été effectués. Ces tests visent la vérification desconditions qui ont été fixées dans le chapitre traitant de l’analyse du système. Les résultatsobtenus sont résumés dans le tableau 4.4.

TABLEAU 4.4 – Vérification des exigences fonctionnelles

N Exigences fonctionnelles VérificationLa bobineuse doit pouvoir :

1 fonctionner sur la tension du secteur (220V) Satisfait2 alimenter la carte de commande en tension continue de 9V Satisfait3 alimenter les moteurs en tension continue de 12V Satisfait4 avoir un interrupteur d’allumage/d’extinction Satisfait5 signaler son état (LED verte pour signaler que c’est allumé et

LED jaune pour signaler qu’une opération est en cours)Satisfait

6 fonctionner correctement suite à une interruption volontaire ouinvolontaire

Satisfait

7 permettre à l’utilisateur d’entrer des données Satisfait8 afficher les informations à l’utilisateur Satisfait9 enregistrer les données à chaque opération de rebobinage Satisfait

10 enrouler le fil de cuivre correctement autour du noyau Satisfait11 tendre le fil à bobiner Satisfait12 faire correctement les mouvements de translation Satisfait13 faire correctement les mouvements de rotation Satisfait

L’opérateur doit pouvoir :14 entrer les données utiles Satisfait15 effectuer les actions appropriées à chaque étape Satisfait16 interrompre une opération de rebobinage Satisfait17 avoir les informations relatives à chaque opération Satisfait

Comme résumé dans le tableau 4.4, toutes les exigences fonctionnelles sont satisfaites. Ladéduction qu’on peut en faire est que la machine fonctionne correctement.

4.4.2 Limites du système

Malgré les résultats assez satisfaisants obtenus, le système présente néanmoins quelquesinsuffisances. Ces insuffisances sont :



I le système tel qu’il est réalisé ne permet pas à l’utilisateur d’annuler une opérationdéjà lancée ;

I le système n’est pas capable de débobiner les transformateurs ;I le système de guidage du fil n’est pas assez efficace ce qui empêche la machine de

rebobiner les transformateurs de grosses sections de fil.

4.4.3 Perspectives du système

Dans la perspective d’améliorer la bobineuse, de nouvelles fonctionnalités peuvent êtreajoutées. Il s’agit des fonctionnalités suivantes :

— d’implémenter la possibilité d’annuler une opération de rebobinage déjà en cours ;— de pouvoir configurer une opération de débobinage de transformateur monophasé ;— d’améliorer le système de guidage du fil pour permettre à la machine de rebobiner

les transformateurs de grosses sections de fil.


Dans ce chapitre, les différentes réalisées ont été mise ensemble pour monter la bobineuse.Un dessin technique de l’appareil a également été fait avec le logiciel de dessin techniqueSolidWorks. Une fois la bobineuse mise sur pied, des tests ont été effectués pour vérifier sonfonctionnement. Une évaluation financière du projet a également été faite dans ce chapitre.


CONCLUSION GENERALE

Le rebobinage des transformateurs monophasés constitue une opération difficile lorsqu’elleest réalisée manuellement. Ses difficultées peuvent être levées grâce à une solution d’au-tomatisation convenablement développée. Ainsi, l’objectif de ce travail est de réaliser unsystème de rebobinage automatique de transformateur monophasé.

Une méthodologie en plusieurs étapes a été adoptée pour conduire ce travail. La permièreétape a permis d’étudier les différents modèles de systèmes de rebobinage existants afinde définir une configuration de base acceptable pour la machine. Cette configuration debase a été utilisée pour faire la modélisation 3D de la partie mécanique du système grâceau logiciel SolidWorks. A la fin de la deuxième étape, l’analyse du fonctionnement de lamachine a été faite. Durant cette étape, le cahier de charge a été décrit et les modes de marcheet d’arrêt ont été définis. À l’issue de la troisième étape, les différents modes de marche ontété implémentés dans Arduino. A la quatrième étape, la conception de la partie électrique aété réalisée sous la plateforme Proteus version 8.6. La cinquième et dernière étape a permisd’assembler et de tester la machine dans différentes conditions.

Cette machine développée constitue une solution d’automatisation d’un intérêt triple. Lepremier intérêt réside dans le fait que cette technologie soit mise en œuvre localement. Lesecond intérêt est lié au gain de temps substantiel qu’engendre son utilisation lors d’uneopération de rebobinage. Le troisième et dernier intérêt est relatif à la simplification de l’opé-ration de rebobinage.

Ce travail présente plusieurs pistes de perspectives allant dans le sens de l’amélioration dela machine conçue. Il s’agit notamment :

— d’implémenter la possibilité d’annuler une opération de rebobinage déjà en cours ;— de pouvoir configurer une opération de débobinage de transformateur ;— d’améliorer le système de guidage du fil pour permettre à la machine de rebobiner

les transformateurs de grosses sections de fil.

71

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Mansour Amari. Chapitre : 02 transformateur monophase. 2007.

[2] Cormier Gabriel. Chap8.pdf. Disponible sur www.pdfdrive.com.

[3] Franck Fresnel. Transformateur.pdf. Disponible sur www.pdfdrive.com.

[4] Rouald Chigango and Justice Tawanda Mapuranga. Télécommande d’un moteur pas àpas, jul 2015. Disponible sur http ://dspace.univ-tlemcen.dz/handle/112/11743.

[5] Moteur pas à pas. Wikipédia, sep 2019.

[6] Technologie du transformateur monophasé. https ://www.abcclim.net/le-transformateur-monophase.html.

[7] Les enroulements - bobinage cuirassé ou colonne. Disponible sur http ://www.tsv-transfo.com/fr/decouvrir-le-transformateur/les-enroulements/.

[8] Institut Européen du Cuivre. Les propriétés du cuivre, 2018. Disponible surhttps ://copperalliance.fr/le-cuivre/les-proprietes-du-cuivre/.

[9] Cuivre — Wikipédia. Disponible sur https ://fr.wikipedia.org.

[10] Adezif. Isolation électrique grâce aux rubans adhésifs, 2018. Disponible surhttps ://www.adezif.fr/application-ruban-adhesif-technique-isolation-electrique.

[11] ADDEV Materials. Nomex - Papier aramide haute température - ADDEV Materials.Disponible sur https ://www.addevmaterials.fr/catalogue/composition/papiers-fibres/nomex.

[12] ATEC FRANCE. Gaines-bobinage.pdf. Disponible surhttps ://www.atecfrance.fr/catalogue-atec-france/fournitures-bobinage/gaines-bobinage.pdf.

[13] Roland NOUTAI, Boris et TOUPE. Contribution à la réalisation d’un système d’embo-binage automatique : cas des transformateurs. PhD thesis, UNIVERSITE CATHOLIQUEDE L’AFRIQUE DE L’OUEST-UNITE UNIVERSITAIRE A COTONOU (UCAO-UUC),2018.

72

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[14] Organigramme de programmation. Wikipédia, nov 2019.

[15] Gerard Yvraut. Les moteurs pas a pas. Wikipédia, page 23, nov 1999.

[16] Tb6600 stepper motor driver user guide. Disponible sur https ://wiki.dfrobot.com.

[17] Xukyo. Lire et écrire sur une carte sd avec arduino • aranacorp, sep 2018.

[18] Superior-StepMotors.pdf, 2003. https ://users.obs.carnegiescience.edu/crane/pfs/man/Electronics/Superior-StepMotors.pdf.


ANNEXES

74

ANNEXE . ANNEXES

A Schéma de câblage des composants

Les figures A.1, A.2, A.3, A.4, A.5, A.6, A.7, A.8, A.9 présentent le câblage des différentscomposants utilisés.

FIGURE A.1 – Schéma de câblage du clavier

FIGURE A.2 – Schéma de câblage du moteur assurant le mouvement de rotation du noyau


ANNEXE . ANNEXES

FIGURE A.3 – Schéma de câblage du moteur assurant le mouvement de translation du sys-tème de guidage du fil

FIGURE A.4 – Schéma de câblage de l’écran

FIGURE A.5 – Schéma de câblage des capteurs de fin de course


ANNEXE . ANNEXES

FIGURE A.6 – Schéma de câblage du module horloge

FIGURE A.7 – Schéma de câblage du module SD

FIGURE A.8 – Schéma de câblage des LEDs


ANNEXE . ANNEXES

FIGURE A.9 – Schéma de câblage des boutons poussoirs

B Différentes vues des pièces de la bobineuse

Les figures B.10, B.11, B.12, B.13, B.14, B.15 et B.16 présentent les vues cotées des différentespièces de la bobineuse.


ANNEXE . ANNEXES

40,00

40,

00

56 57

57,00

170,00

170

,00

10,00

ECHELLE : 1:2 GOUDALO

Selma

10/12/2019

EPAC/GE5

CALE MOTEUR

FIGURE B.10 – Vues cotées des cales moteurs


ANNEXE . ANNEXES

85

85

24 24

42

10

170

10,00

10,00

25

90

25

ECHELLE : 1:2 GOUDALO Selma

10/12/2019

EPAC/GE5

PORTE ROULEMENT

FIGURE B.11 – Vues cotées du porte roulement


ANNEXE . ANNEXES

50 1

05

30

8,50 40

30

Rayon vrai3,50

Rayon vrai3,50

125

30

40

19

15

10 10


10/12/2019

EPAC/GE5

PORTE FIL

FIGURE B.12 – Vues cotées du porte fil


ANNEXE . ANNEXES

110,00

60,

00

10,00

110,00

10,

00

60,

00

10,00

ECHELLE : 1 GOUDALOSelma

10/12/2019

EPAC/GE5

CALE NOYAU

FIGURE B.13 – Vues cotées du cale noyau


ANNEXE . ANNEXES

85

60

65

50

45

60 50

60

10 10

85

50

ECHELLE : 1 GOUDALO Selma

10/12/2019

EPAC/GE5

NOYAU

FIGURE B.14 – Vues cotées du noyau


ANNEXE . ANNEXES

40 300

40

10

10


10/12/2019

EPAC/GE5

PIED

FIGURE B.15 – Vues cotées du pied


ANNEXE . ANNEXES

FIGURE B.16 – Vues cotées du moteur pas-à-pas

C Différentes vues de la bobineuse

La figure C.17 présente les vues cotées de la bobineuse.


AN

NEX

E.

AN

NEX

ES

473

500

446

600

367

345

17

446

600

ECHELLE: 1:6 GOUDALO Selma

10/12/2019

EPAC/GE5

BOBINEUSE

FIGURE C.17 – Vues de la bobineuse

Rédigé

parSelm

aEriyom

iGO

UD

ALO

EE/2018-2019Page

86

ANNEXE . ANNEXES

D Guide d’utilisation de la bobineuse

Pour faciliter l’utilisation de la machine à toute personne, ce guide d’utilisation a été mis enplace. Après allumage de la machine, les différentes étapes à suivre sont les suivantes :

1. appuyer sur le bouton 2 pour démarrer le paramétrage de l’opération de bobinage àeffectuer ;

2. entrer les données nécessaires à savoir : la longueur totale fil à rebobiner (Lf), le dia-mètre du fil à rebobiner (df), la longueur du noyau (Ln) et la largeur du noyau (ln) ;

3. valider ou annuler l’opération en se servant des boutons d’annulation ou de valida-tion (bouton 1 ou bouton 3) ;

4. appuyer sur le bouton 1 pour démarrer immédiatement le rebobinage ou sur le bou-ton 3 pour abandonner l’opération. Si aucun choix n’est effectué, le rebobinage dé-marre automatiquement au bout de 60 secondes ;

5. lorsque le rebobinage a démarré, l’opération peut être mise en pause avec le bouton2.


ANNEXE . ANNEXES


Conception et réalisation d'un système de rebobinage ...

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