Cours Chaine Energie

7/21/2019 Cours Chaine Energie

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Chaîne d’énergie TCT

Proposé par MADAK /29

I. Nature de l’énergie :

Pour réaliser une action, la majorité des systèmes utilisent de l’énergie électrique (qui est très répandue)Ou de l’énergie pneumatique (sous forme d’air comprimé utilisé dans les systèmes industriels).

1°) L’énergie pneumatique

La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C ’es t une fo r ce app l i quée sur une

: se caractérise par deux grandeurs ; Le débit noté Q et exprimé en m3/s

sur face ;

Avec 1 Pa = 1 N/m² et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm²

La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W):

2°) L’énergie électrique :

La puissance électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) :

3°)

se caractérise par deux grandeurs ; La Tension notée U et exprimée en Volt (V) L’intensité notée I et exprimée en Ampère (A)

La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :

L’énergie mécanique :a)

L’

ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION

: se caractérise par deux grandeurs ; La vitesse de translation notée V et exprimée en mètres par seconde (m/s) La force motrice du déplacement notée F et exprimée en Newtons (N)

b)

L’

ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION

: se caractérise par deux grandeurs : La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ;

Le couple moteur de la rotation notée C et exprimée en Newtons×mètres (N.m)

La puissance mécanique de rotation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :

Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ;l’énergie calorifique sous forme de chaleur

Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps

RENDEMENT :

Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie

a un rendement η = (η < 1 car Pe = Ps + Pertes)

Pour assurer des fonctions de service, beaucoup de produits utilisent unecha îne d ’énerg i e

qui apporte la quantité etLa forme d’énergie au bon moment pour réaliser l’action désirée

Force en Newton: N

NS

F P =

P

méca

C x ω

Watt N. m rd/s

60

2. .N ω = Vitesse de rotationen tr/min

ALIMENTER TRANSMETTRE

T e d’éner ie Energie électrique Ou pneumatique

Energie distribuée Energie mécanique Energie disponiblepour réaliser l’action

DISTRIBUER CONVERTIR

Chaîne d’énergie

P

pneu

= Q x P

Watt m3/s Pascal

P

é lec

= U x I Watt Volt Ampère

P

méca

= F x V

Watt Newton m/s

PsPE

Energie d’entrée (Pe)

Pertes d énergies

Transformer

l’énergie

Elément

Présence d’ordre

Surface ( m2)

Energie de sortie (Ps)





II. LA FONCTION ALIMENTER :1°)

•

L’énergie hydraulique de l’eau des barrages

Alimenter un produit en énergie électrique :

À l’aide des « pr i ses de courant

» raccordées pardes conducteurs au réseau d’alimentation en courant alternatif

Les sources principales d’énergie électrique sont des centrales qui utilisent:

• L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon • L’énergie thermique nucléaire : Fission de l’uranium 235 • L’énergie éolienne : exploitation de la force du vent

Pour produire de l’énergie électrique,une tu rb ine (une hélice) est entraînée en rotation par un débit d’eau

(dans une centrale hydraulique), de la vapeur (dans une centrale thermique) ou du vent (dans une centrale

éolienne), entraîne enro ta t i on un a l t e rna teur

qui produit l’électricité.

A la sortie des centrales des transformateurs élèvent la tension pour transporter l’énergie électriqueA l’approche du point de consommation l’énergie électrique est abaissée et distribuée sous forme d’un

r éseau (triphasé + Neutre: pour application industrielle. Phase + Neutre: pour application domestique)

Raccordement au secteur

Ph1

Ph2

Ph3

N

380v

380v

380v

220v220v

220v

Réseau triphasé

Centrale thermique

Centrale thermique nucléaire

Centrale hydraulique





À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :

Des p i les

: non rechargeables

Des ba t te r ies

que les piles puisqu’ils sont rechargeables ou piles rechargeable plus économiques

À l’aide d’alimentation locale Des ce l lu l es ph otovo l t a ï ques

des batteries pour alimenter des produit a faible consommation.

qui assurent la recharge

Uneéo l i enne

de petite puissance peut constituée une alimentation autonome

A i r c omp r imé

p > p a tm

Compresseur d’air

+ Réservoir d’air

Transformer

et stocker

Cont rô l e des seu i l s

de p res s i on

A i r am b ian t

p = p a tm

Ordre de marche

Batterie d’automobile

Cellules photovoltaïques

Onduleur

Eclairage

ÉlectroménagerRégulateur

Batteries

Éolienne

Pile rechargeable

Pile non rechargeable

Exemple d’alimentation locale

Multiplicateur

Hélice

Production de l’énergie Pneumatique

Symbole :

Source d’énergie pneumatique

Le FILTRE élimineles impuretés

Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression

Le LUBRIFICATEURPulvérise des gouttes

d’huile pour graisser leséléments mobiles

Ensemble de conditionnement

Production de l’énergie pneumatique

Alternateur

2°) Alimenter un produit en énergie pneumatique :

À l’aide d’un compresseur d’air + réservoir d’air, un ensemble de conditionnement

et un réseau d’alimentation pour acheminer l’air sous pression aux systèmes





III. LA FONCTION CONVERTIR :

1°) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique :

a)

M

OTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation

Symbole :

b)

M

OTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation

Symbole :

c) MOTEUR PAS A PAS :

Il est très utilisé dans les appareils électroniques :imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . .

Symbole :

Moteur alternatif triphasé

(Utilisé dans le domaine industriel) Moteur à courant alternatif

Moteur alternatif monophasé

(Très utilisé dans les appareils domestiques)

M

M

Moteur à courant continu

Energ i e

É lec t r ique

I , U )

Convertir l’énergie

électrique en énergie

mécanique de rotation

Energ i e mécan ique

de ro ta t i on

C , )

Moteur électrique

Per tes cha l eur )

Moteur à courant continu

Moteur pas à pas

Structure d’un moteur à courant continu

Moteur pas à pas





2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique :

a)

V

ERIN PNEUMATIQUE

On distingue principalement deux types de vérin : Double effet et simple effet

a - 1 ) VERIN DOUBLE EFFET

Dans un vérin double effet; l'air comprimé alimente les deux chambres alternativement.

Un système que nous étudieront ultérieurement permet de vider une chambre pendant que l'autre se remplit.

Fonctionnement

Energ i e mécan ique de

t rans l a t i on

F, V)

Cham bre avant r e l iée à

l a sour ce de p res s i on

Cham bre a r r i è re r e li ée à

l ’ échappement

Cham bre a r r i è re r e li ée à

l ’ échappement

Cham bre avant r e l i ée à l a

source de p res s i on

Pour rentrer la tige Pour sortir la tige

Vér i n s tandard

Or i f i ce a r r iè re

Cham bre a r riè re

hambr e a van t

Or i f i ce avant

Tige

Corps

Or i f ic e av ant


P i s ton

P i s t o n


T ige

Min i v é r i n

Symbole :

Energ i e

pneuma t i que

P , Q

)


pneumatique en énergie

mécanique de

translation

Vérin pneumatique

Per tes cha l eur )





a- 2 V

ERIN SIMPLE EFFET

Dans un vérin simple effet l'air comprimé alimente seulement une chambre et produit une force dans un

seul sens. Le retour en position initiale s'effectue sous l'action d'un ressort.

Fonctionnement

F : effort de la tige en Newton (N).

P : pression du fluide en Pascal (Pa). 1 bar = 1.10+5

Pa

S : surface utile du piston (m2)

Force de traction (Ftraction)

Un vérin double effet produit un effort dans les deux sens (sortie de la tige et rentrée de la tige).

Relation effort- ression

Chambre avant reliéeà l a source de p ress ion

Chambre arrière reliéeà l ’ é chappemen t

Chambre avant reliéeà l ’ é chappemen t

Chambre arrière reliéeà l a source de p ress ion

Symbole

Vérin simple effet Tige sortante

Vérin simple effet Tige rentrante

P is ton

Chamb re a r r iè r e

h a mb r e avan t

Or i f i ce

Resso r t de rappe l

Force de pousseé(Fpoussée)

Chambre arrière reliéeà l’ é chappem ent

Chambre arrière reliéeà l a sour ce de p res s i on

Retour sans force Sous l’action du ressort

Surfaces utiles du piston subissant la pressionsont différentes côté avant et côté arrière

Surface utile arrière Sarrière

Sarrière = π . R2 = π . D2/4

F poussée = P . Sarrière

Diamètre Dpiston Diamètre dtige Diamètre Dpiston

Surface utile avant Savant

Savant = π . ( R2 - r2 ) = π . (D2 - d2 ) /4

Ftraction = P . Savant

Force de poussée (Fpoussée)





b)

V

ERIN ROTATIF

C) GENERATEUR DE VIDE :

Symbole :

erceuse : visseuse - dévisseuseUtilisant un Vérin rotatif

Vér in ro ta t i f

Energ i e

pneuma t i que

p, q)


pneumatique en énergie



de ro ta t i on

C, s)

Vérin rotatif

Moteur pneumatique

Structure d’un vérin simple effet et double effet

Alimentation enair comprimé Vers l’échappement

Principe d’un vérin rotatif

Per tes cha l eur )

Générateur de vide

Energ i e

pneuma t i que

p, q)

Convertir l’énergiepneumatique (p>patm) en

énergie pneumatique (p<patm)

Energ i e

pneuma t i que

p, q)

Per tes cha l eur )





IV. 1°) Le contacteur électrique

Le contacteur permet : d’établir ou interrompre un fort courant électrique ainsi que :La commande à distance d’un circuit électrique sans effort manuel, L’automatisation des machines de production et l’amélioration de la sécurité de fonctionnement.

Principe effet Venturi

L’air comprimé, en passant dans l’étranglement prévu à l'intérieur provoque une accélération du fluxd'air qui provoque une dépression qui aspire l’air dans l’espace étanche ventouse - objet la ventouse

Un contacteur électromagnétique est constitué par :* Un électro-aimant (bobine + noyau de fer) qui attire

des contacts mobiles lorsqu’il reçoit un courant de la

partie commande.* Plusieurs contacts à établissement du circuit

(contacts de puissance)

Symbole

Contacteur

ContacteurFonctionnement

Symbole

LA FONCTION DISTRIBUER :

énéra teur de v ide

Air aspiré

objet

= Air comprimé + Air aspiré

Ordres de commande

Contacteur électromagnétique

énerg i e é l ec t r i que

d i spon ib l e

U, I )

énerg i e é l ec t r i que

d i s t r i buée

U, I )

Distribuer l’énergieélectrique

Per tes cha l eur )





2°) Distributeur électropneumatique :

Ils permettent d'alimenter les vérins pneumatiques vus précédemment.

a)

D

ISTRIBUTEUR

5/2 (pour vérin double effet) Il possède :* 5 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 2 pour l'utilisation (Vers vérin),

2 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail

Energ i e pneum at i que

en p rovenance du compresseur

p, q)

Energ i e pneum at i que

d i s t r i buée

p, q)

La bobine ne reçoit pas l’ordre de commande (elle n’est pas alimentée) tous les contacts sont

ouverts ; le moteur n’est as alimenté

La bobine reçoit l’ordre de commande (elle est alimentée)

tous les contacts sont fermés ; le moteur es t a l imenté

Tiro ir

Or i f i ces

C o m m a n d e m a n u e l

Constitution

Position de repos Position de travail

Commandemanuelle

Commandemanuelle

Source de press ion

é chappemen t

Vers vér in

1

24

3

5

D i s tr ibu t eu r 5 / 2

é

c

Ordre de commande électrique

Distributeur

Distribuer l’énergiepneumatique

Per tes cha l eur )

Distributeur 5/2

Symbole

2 cases 2 pos i t i ons

Té d’obturation

2 orifices

d’échappement

Orifice relié à lasource de pression

Voie de circulationLe sens est indiqué par la flèche

2 orifices d’utilisation Vers vérin





Il possède :* 4 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 1 pour l'utilisation (Vers vérin),

2 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail

Commande du distributeur

A chaque position du tiroir est associée une commande qui peut être un électro-aimant, un ressort, ...

b) DISTRIBUTEUR 4/2 (pour vérin double effet)

Symbole :

Si le distributeur possède une commande de chaque coté

il est dit b is tab le

a deux positions stables lors

qu’il n’y a pas d’ordre de commande)

Commande par ressort Commande par électro-aimant

Si le distributeur possède une seule commande d'un coté

et un ressort de l'autre il est dit monos t ab l e

a une position stable commandée par le ressort

lors qu’il n’y a pas d’ordre de commande)

Distributeur 5/2

b i s tab l e

Po s i t i o n commandée pa r

Un resso r t pos i t ion s tab le )

Pos i t i on comm andée

par

Un é l e c t r o - a iman t

Distributeur 5/2

monos t ab l e

La position du tiroir permet d’orienter la circulation du fluide dans le distributeur.

Position 2

Source de press ion

chappemen t

é

c

h

a

Fonctionnement

Position 1

Source de press ion

é chappemen t

Principe de fonctionnement d’un distributeur 5/2

Distributeur 4/2





Il possède :* 3 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression),

1 pour l'utilisation (Vers vérin), 1 pour l'échappement * 2 positions : 1 de repos, 1 de travail

Fonctionnement :

Le pilotage des distributeurs est réalisé par des commandes pneumatiques, électriques, manuelles ou mécaniques.

Type de pilotage les plus courants :

c)

D

ISTRIBUTEUR

3/2

(pour vérin simple effet)

Symbole :

Commande manuelle

BP levier galet ressort pression bobine électrovanne

Commande électriqueCommande

pneumatiqueCommande mécanique

Distributeur 3/2

Position1 Position2

Fonctionnement

Position 1

Position 2

d)

E

XEMPLES D

’

UTILISATION DE VERINS





V. LA FONCTION TRANSMETTRE :

Transmettre l’énergie mécanique consiste à : Adapter l’énergie mécanique ou Transformer l’énergie mécanique

1°) Adapter l’énergie mécanique

a)

E

NGRENAGES CYLINDRIQUES A DENTURES DROITES

Rapport de réduction

Le rapport de réduction est fonction du Nombre de dents des roues de l’engrenage .

b)

P

OULIES COURROIE

Le rapport de réduction est fonction des diamètres des poulies

Symbole

∅ D entrée ∅ D sortie

Z entrée Dents

Z sortie Dents


ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s

N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min

D : Diamètre d’une roue

ω sortie ω entrée

N sortie N entrée

Z entrée Z sortie

D entrée D sortie = = =r =




Z : Nombre de dents d’une roue

Poulie

d’entée

Symbole :

Poulie de sortie

Courroie

Poulie d’entée

( diamètre D sortie

)

Poulie de sortie

(Diamètre D entrée)

Transmettre

l’énergie mécanique

Adapter

l’énergie

mécanique

Transformer

l’énergie

mécanique

On adapte l’énergie mécanique lorsqu’on modifie ses caractéristiques. Exemple : réduction de la vitesse de rotation

On transforme l’énergie mécanique lorsque l’on modifie la nature dumouvement.

Exemple : Rotation Translation


N sortie N entrée

D entrée D sortie = =r =

Engrenages cylindriques

Système poulies courroie

Energ i e m écan ique

de ro ta t i on

Ce, e)


de ro ta t i on

Cs, s)

Pe r tes cha l eur )

Energ i e m écan ique

de ro ta t i on

Cs, s)


de ro ta t i on

Ce, e)

Per tes cha l eur )

Adapter l’énergie








c)

R

OUE ET VIS SANS FIN

Le rapport de réduction est fonction du nombre de filets de la vis sans fin et du nombre de dents de la roue dentée.

d)

E

NGRENAGES CONIQUES DENTURES DROITES



N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min D : Diamètre d’une roue

2°) Transformer l’énergie mécanique

a) SYSTEME A LEVIER

b) S

YSTEME VIS ECROU


N sortie N entrée

Z entrée Z sortie

D entrée D sortie = = =r =

Déplacement (m) Pas (m) Nombre de tours (tour)

θ p =d

evier





Z vis : Nombre de filets du vis ; Z roue : Nombre de dents de la roue


N roue N vis

Z vis Z roue = =r =

N entrée

N sortie

Z sortie

Z entrée

Symbole :

Le rapport de réduction est fonction des Nombre de dents des roues de l’engrenage

Vis sans fin

Symbole :

Symbole : Z vis nombre de filets

Z roue Dents

Système roue et vis sans fin

Engrenages coniques


de ro ta t i on

Cs, s)


de ro ta t i on

Ce, e)

Per tes cha l eur )

Système à levier

Système vis écrou


t rans l a t i on

FS, Vs

)Energ i e m écan ique

de ro ta t i on

Ce, e)

Transformer l’énergie

mécanique de rotation en

énergie mécanique de

translation

Per tes cha l eur )


de ro ta t i on

.

S, Cs)


de t r ans l a t i on

Ve, Fe)


mécanique de translation en


rotation

Per tes cha l eur )


ro ta t i on

Cs, s)

Energ i e mécan iqu e

de ro ta t i on

Ce, e)

Per tes cha l eur )









c) P

OULIES

-

COURROIE

TAPIS

ROULANT)

d) SYSTEME BIELLE MANIVELLE

d)

P

IGNON CRAIMALLAIRE

Energ i e mécan ique de t r ans l a t i on

A l te rna t i ve

Vs , Fs)


t rans l a t i on

Vs , Fs)


de ro ta t i on

e, Ce)




translation alternative

D = 2 . e


de ro ta t i on

E, Ce)




translation

Système vis écrou

Cylindre

Manivelle

Piston

Bielle


de t r ans l a t i on

Vs , FS)


de ro ta t i on




translation

Per tes cha l eur )

Per tes cha l eur )

Système vis écrou

Per tes cha l eur )

Système vis écrou

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