Poly Cours 1ste 1314

SI Chaine dnergie unit A.D.C page 1/49 www.chari.123.ma

Pour agir sur la matire duvre, un systme automatis a besoin dnergie, qui subira de nombreux traitements pour tre adapts la nature de laction sur la matire duvre. Lunit ADC traite donc de ces aspects qui peuvent tre modliss par les fonctions gnriques, cest dire qui sappliquent sur la plupart des systmes ; il sagit des fonctions :

Alimenter ; Distribuer ; Convertir ;

Ordres

Acqurir Traiter Communiquer

Transmettre Agir

CHANE DINFORMATION

CHANE DENERGIE

Grandeurs physiques, consignes

Messages

Informations

MO

MO+VA

Unit ADC

Alimenter Distribuer Convertir

- Energies lectriques. - Grandeurs lectriques. - Protection des biens et des

personnes. - Energie pneumatique.

- Practionneurs lectriques : Contacteurs Relais lectriques. hacheurs

- Variateurs industriels pour moteur courant continu.

- Distributeurs pneumatiques

- Moteur courant continu. - Vrins. - Lampes. - Rsistances chauffantes. -


Alimenter cest fournir au systme lnergie dont il a besoin pour fonctionner. Les types dnergie :

Energie lectrique Energie pneumatique Energie mcanique

!"#Lnergie primaire est lnergie brute avant transformation ; Llectricit (Energie secondaire) est obtenue principalement partir du charbon, de lnergie hydraulique et de lnergie nuclaire.

"$%Lnergie lectrique se distingue des autres formes dnergie :

par la facilit de la transporter, de modifier ses caractristiques (tension, courant) pour ladapter aux ncessits du transport ou de lemploi.

par limpossibilit de la stocker, do la ncessit dajuster constamment la production la consommation.

&&%"# #%"# "$%Diffrents types de centrales

Unit de mesure Lunit de mesure de la quantit dnergie lectrique est le wattheure (Wh). Pour une installation domestique on parle plus de kilowattheure (KWh ). Exemple : 1 four lectrique dune puissance de 1000 W, qui fonctionne 1 heure consomme 1000Wh ou 1KWh.

%

! Hydrauliques Chute de leau Thermiques Combustion charbon, ptrole Nuclaires Uranium oliennes Vent

FONCTION ALIMENTER : (


On appelle rseau lectrique lensemble des infrastructures permettant dacheminer lnergie lectrique des centrales de production, vers les consommateurs dlectricit. A la sortie de la centrale, un premier poste de transformation (poste lvateur) augmente la tension 400 KV . Ceci permet de minimiser les pertes dnergie pendant le transport. Prs du point de livraison, un deuxime poste de transformation (poste abaisseur) fait lopration inverse : il abaisse la tension pour la mettre aux normes du rseau domestique ou industriel.

Pour satisfaire sa mission de service public, ONE se doit de garantir une lectricit de qualit lensemble de ses clients, tous les jours de lanne et en tout point du territoire Principe de fonctionnement La puissance P que met en jeu une chute deau, dune hauteur h et dun dbit q est donne par : Diffrentes centrales hydrauliques

Centrale Hauteur de chute Turbine Situation de la centrale

Haute chute h > 200 m Pelton quelques km de la prise deau

Moyenne chute 30 m < h < 200 m Francis implante dans le barrage

Basse chute ou fil de leau h < 30 m Kaplan implante au fil de leau

Les hautes chutes : h > 200m : Elles sont situes en montagne. Lalimentation en eau des turbines seffectue grce une conduite force. Lnergie produite par ces centrales sert gnralement aux heures de pointe, du fait de la rapidit de sa mise en production. Les turbines utilises sont de type Pelton.


Energie hydraulique

(pousse de leau)

Energie mcanique

ALTERNATEUR TURBINE Energie lectrique

P = 9,81.q.h Puissance en KW

Dbit en m3/s

Hauteur de chute en m


Les moyennes chutes : 30m < h < 200m Elles sont situes en moyenne montagne. Lnergie produite par ces centrales sert la rgulation quotidienne ou hebdomadaire de la production. Elle utilise des turbines de types Francis

Les basses chutes : h< 30m On les appelle aussi centrales au fil de leau. Elles sont caractrises par une faible chute, et un dbit important. Ces centrales fournissent de lnergie en permanence. Elles utilisent des turbines en forme dhlice, de type Kaplan

Les stations de pompages Ces centrales sont quipes de deux bassins. Aux heures de pointe, leau passe du bassin suprieur au bassin infrieur entranant au passage en rotation une turbine couple un alternateur. Pendant les heures creuses, leau du bassin infrieur est pompe vers le bassin suprieur pour y tre de nouveau stocke.



Principe de fonctionnement

Une centrale thermique flamme produit de llectricit en brlant un combustible (charbon, gaz ou fioul) dans une chaudire qui produit de la vapeur. Cette vapeur actionne une turbine qui entrane un alternateur.


Energie thermique (pousse de la vapeur deau)

TURBINE

Energie mcanique

ALTERNATEUR Energie lectrique

GNRATEUR DE VAPEUR

Combustible fossile ou nuclaire


A lintrieur du racteur, luranium 235 est le sige dune raction nuclaire qui produit une grande quantit de chaleur. Cette chaleur est continuellement vacue hors du racteur vers un changeur de chaleur grce un fluide dit caloporteur. Lchangeur transfre la chaleur qui vient du racteur, un circuit eau-vapeur analogue celui dune centrale thermique classique. La vapeur produite sous forte pression entrane un groupe turbo alternateur, puis se condense dans un condenseur et est ensuite rinjecte dans lchangeur. Constitues de plusieurs gnrateurs oliens situs sur des terrains de fort vent. Un gnrateur olien produit de llectricit partir de pales orientables. Ces pales ou hlices vont entraner leur tour la rotation dun alternateur qui fournit une puissance lectrique lie la force du vent. Principe de fonctionnement des oliens Lnergie du vent est capte par les pales dhlices qui forment un rotor. Ce rotor entrane un gnrateur dlectricit par lintermdiaire dun multiplicateur de vitesse. On les appelle aussi arognrateurs

%"%!Il existe deux types dnergie solaire : le photovoltaque et le solaire thermique.

Photovoltaque Leffet photovoltaque est simple dans son principe. Les panneaux solaires se composent de photopiles constitues de silicium, un matriau semi-conducteur qui abrite donc des lectrons. Excits par les rayons du soleil, les lectrons entrent en mouvement et produisent de llectricit. Lnergie solaire photovoltaque est surtout utilise pour la fourniture dlectricit dans les sites isols : lectrification rurale et pompage de leau (50%), tlcommunications et signalisation (40%), applications domestiques (10%).

Solaire thermique Le solaire thermique ne produit pas dlectricit mais de la chaleur. Celle-ci permet dobtenir des tempratures de lordre de 450C. Cette temprature permet dvaporer leau qui fait tourner des turbines.



Le fonctionnement dun groupe lectrogne se base sur le principe suivant lequel lnergie mcanique est produite par un moteur essence ou moteur diesel (moteur thermique) qui entrane un alternateur produisant de llectricit. Ces groupes sont gnralement utiliss comme alimentation de secours, alimentation lectrique ininterruptible dans les locaux exigeant une continuit de service tel que les hpitaux, les centres informatiques

!Les accumulateurs et les piles sont des systmes lectrochimiques servant stocker de lnergie. Ceux-ci restituent sous forme dnergie lectrique, exprime en wattheure (Wh), lnergie chimique gnre par des ractions lectrochimiques. Ces ractions sont actives au sein dune cellule lmentaire entre deux lectrodes baignant dans un lectrolyte lorsquune rsistance, un moteur lectrique par exemple, est branche ses bornes. !

Piles salines Piles alcalines Piles au Lithium

Bon march Grande capacit (Certaines sont rechargeables)

Calculatrices, PDA, montres Grande capacit massique

Cot lev

"Laccumulateur est bas sur un systme lectrochimique rversible. Il est rechargeable par opposition une pile qui ne lest pas. Le terme batterie est alors utilis pour caractriser un assemblage de cellules lmentaires (en gnral rechargeables).

Accumulateurs Ni-Cd Accumulateur Ni-Mh Accumulateur Lithium-Ion

Accumulateur Plomb

Av : Les plus courants, charge facile, acceptent une surcharge, Possibilit de charge rapide Inc : Problme deffet mmoire, pollution du Cadmium

Av : Plus grande capacit (+40%), pas deffet mmoire Inc : Charge plus dlicate Courant de dcharge plus limit

Av : La plus grande capacit, Meilleure gestion du niveau de charge Inc : Cot lev Chargeur spcifique

Av : Grande capacit volumique, fort courant de dcharge, trs faible rsistance interne Inc : Trs lourds Electrolyte liquide (acide)

Tension dun lment

1,2V Tension dun lment



2V


"%"$%Un courant lectrique (dplacement de porteur des charges) ne peut stablir que dans un circuit lectrique ferm. Par convention, on dit que le courant sort de la borne + du gnrateur ; il est oppos au sens rel du dplacement des porteurs de charges. Ce sont les lectrons dans les mtaux. Lintensit du courant est une grandeur algbrique, elle se mesure laide dun ampremtre. Elle sexprime en ampre (A). &&" # )## * Soit un diple AB : Ce lit comme suit : la tension entre le point A et le point B (ou la diffrence de potentiel entre A et B) est gale au potentiel lectrique du point A moins le potentiel lectrique du point B La tension est une grandeur algbrique, on la mesure laide dun voltmtre. Elle sexprime en volt (V).

UAB

A B

UBA = -UAB

+ #,## - Convention gnrateur

Les grandeurs tension et courant sont toutes deux considres positives

Convention rcepteur

%""$%En physique, une puissance reprsente une quantit dnergie par unit de temps. Ainsi, un systme qui fournit beaucoup de puissance fournit beaucoup dnergie (Joules) par secondes, on appelle a des Watt (1W = 1J/s). Pour mesurer la puissance consomme ou fournie par un diple, il nexiste quun seul type dappareil : le Wattmtre.

Un Wattmtre se symbolise par lindication W et comporte 4 bornes :

.$%" Pour un signal priodique u(t), cest le nombre de priodes par seconde. Lunit de la frquence est lhertz (Hz). De ce fait la relation qui lie la frquence la priode est : f = 1/T T : priode en seconde (s). Cest le temps aprs lequel le signal se rpte.

U

I

Circuit ferm

UCC = 0V

I= .

Cas particulier du court-circuit (Danger : ne pas faire)

U = Uo = U vide

I= ... A Circuit ouvert ( vide)

W Entre du circuit "courant" Sortie du circuit "courant"

Circuit "tension"

U

I W U

I

Charge

P = U.I

U

I

U

I



rsistor rsistor

" #$ R : rsistance du rsistor (en Ohm ) (Ceci veut dire quaux bornes du rsistor R, il y a la tension U et quil est travers par le courant I).

Expression de la rsistance : Avec la rsistivit dpend de la temprature par la relation : Avec : t rsistivit la temprature t et 0 rsistivit la temprature 0C a est le coefficient de temprature du rsistor Soit Rt = R0 ( 1 + at )

"2.1. Association srie Des diples sont en srie lorsquils sont traverss par le mme courant et partagent une mme connexion qui ne soit pas un nud de courant.

U = U1 + U2 = (R1 + R2 ) I U = Rq.I Donc : Rq = R1 + R2 En srie, les rsistances sadditionnent. 2.2. Association parallle Des diples sont en parallle, lorsquils sont soumis la mme tension et sont connects bornes bornes.

I = I1 + I2 = U (1/R1 + 1/R2) I = U/ Rq

Donc : %Les rsistances sont les composants les plus utiliss dans les circuits ; on en trouve de nombreux types, diffrents par leur structure, leur forme, leurs caractristiques lectriques selon la technique de fabrication adopte et lemploi auquel elles sont destines. Les rsistances peuvent tre fixes ou rglables.

3.1. Rsistances fixes Ces rsistances possdent une valeur dtermine et se prsentent sous trois types : agglomr, couche et bobin. La valeur de la rsistance nominale en ohm est indique en clair, ou avec le code des couleurs sur le composant. La tolrance cest la fourchette des valeurs extrmes entre lesquelles le constructeur garanti la valeur relle.

I

U

rsistor U = R.I

L en m (mtre) s en m2 rsistivit du rsistor en m

Rq

U1 U2 U U

I I R1 R2

t = 0 (1 + at)

1 Rq

= 1 R1

+ 1 R2

I1

I2 I

U

I

U

R1

R1 Rq


R = L s

Rq = R1 . R2 R1 + R2


Code des couleurs

Couleur Noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc 1erchiffre 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2imechiffre 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Puissance de10 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 Tolrance Or 5% Argent 10% Sans marquage 20%

Marquage dune rsistance

Il existe des sries normalises pour chaque prcision voulue. La srie E6 qui est la srie de valeur nominale 20%. La srie E12 qui reprsente les valeurs dune srie 10%. La srie E24 qui est la srie 5%. E6 10 15 22 33 47 68 E12 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 E24 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91

Dissipation nominale en Watt.

Cest la puissance que llment peut dissiper dune faon continue sans risque de dtrioration. On trouve les puissances suivantes : 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W et 4W dont les dimensions varient proportionnellement.

3.2. Rsistances rglables Rsistances ajustables Potentiomtres

On appelle ajustables ou potentiomtres ajustables des rsistances dont la valeur est variable et peut tre ajuste par lutilisateur. Ces rsistances se prsentent sous la forme dun petit botier muni de trois pattes et dun curseur rotatif, souder sur le circuit imprim. Il existe une grande varit de modles, piste de carbone ou piste cermet, capots ou non, horizontaux (pour un montage "couch") ou verticaux (montage "debout"). Elles sajustent en tournant, laide dun tournevis, le curseur central.

Les potentiomtres sont identiques, dans leur principe, aux ajustables, mais ils sont nettement plus volumineux et munis daxe, sur lequel on peut au besoin adapter un bouton de rglage.

1er chiffre

2imechiffre

Puissance de 10

Tolrance

Exemple : Couleurs : Rouge-Rouge-Orange-Or La valeur de la rsistance est :

22 K 5% La valeur relle est comprise entre :

20,9K R 23,1K



!/ !Les alimentations stabilises sont utilises pour fournir une tension continue. On en trouve pratiquement dans tous les appareils lectroniques. (Audio, vido, ordinateur, etc...)

&

4.1. Fonction abaisser la tension Cette fonction est ralise par un transformateur. Il permet de diminuer lamplitude de la tension secteur.

Abaisser Redresser Filtrer Rguler

Energie lectrique Rseau

220V, 50Hz

Convertir une tension

Tension continue

Chaleur vacue

Alimentation stabilise



4.2. Caractristique du transformateur Rapport de transformation Un transformateur est caractris par son rapport de transformation. Ce rapport est fonction du nombre de spires des enroulements primaire et secondaire : m = U20 / U1 = N2 / N1 = I1 / I2 Avec : Puissance apparente dun transformateur Lautre caractristique dun transformateur est la puissance transmise du primaire vers le secondaire. Cette puissance est appele puissance apparente S et sexprime en VA (voltampre) et est gale : S = U I donc dans notre cas : S = U2.I2

4.2. Fonction redresser la tension Cette fonction est ralise par un pont de diode. Lopration consiste redresser lalternance ngative. On parle de tension continue redresse

Alternance positive La tension U2(t) est positive, les diodes D1 et D4 se mettent conduire. Les diodes D2 et D3 sont bloques car la tension leurs bornes est ngative.

D1 et D4 passantes D2 et D3 bloques

Alternance ngative La tension U2(t) est ngative, les diodes D2 et D3 se mettent conduire. Les diodes D1 et D4 se bloquent car la tension leurs bornes est ngative.

D2 et D3 passantes D1 et D4 bloques

4.3. Fonction filtrer la tension Aprs redressement, la tension de sortie aux bornes du pont redresseur est loin dtre continue. Le filtrage a pour but de transformer cette tension redresse en une tension continue lgrement ondule. Llment utilis pour raliser cette fonction est le condensateur

U1 : tension primaire N1 : nombre de spires primaires

U20 : tension vide secondaire N2 : nombre de spires secondaires



Loi lectrique du condensateur Charge lectrique Q : Q = C. U = I. t ou DDDDQ = C. DDDDU = I. DDDDt

La charge lectrique Q sexprime en Coulombs C capacit en Farad U ddp entre armature en Volt

4.4. Fonction rguler la tension

Malgr le filtrage, la tension aux bornes du condensateur nest pas parfaitement continue, elle prsente une lgre ondulation. Pour obtenir une tension parfaitement continue, on utilise un rgulateur de tension.

Caractristique du rgulateur Un rgulateur de tension possde trois bornes :

une entre E recevant la tension redresse filtre une sortie S qui dlivre une tension trs prcise la charge alimenter une masse M relie la polarit ngative de la tension redresse filtre.

Fonctionnement du rgulateur La tension dentre du rgulateur doit tre suffisamment grande afin de maintenir Vs constante. Les constructeurs donnent une tension dentre minimum respecter afin dassurer le fonctionnement correct du rgulateur.

Aspect nergtique

Puissance absorbe par le montage : Pa = Ve. I Puissance fournie la charge : Pu = Vs. I Puissance perdue par effet joule : Pp = (Ve - Vs) I Le rendement du montage est donc : hhhh= Pu/Pa =Vs/Ve

Remarques Pour obtenir un rendement convenable, la valeur de la tension dentre Ve doit tre la plus prs possible de Vs. Mais la tension (Ve - Vs) ne peut descendre en dessous dune valeur minimale (valeur impose par le rgulateur, de lordre de 2 3 Volts). Donc, la tension dentre non rgule Ve ne devra jamais tre infrieure (Vs + (Ve - Vs) mini) sinon la tension de sortie ne sera plus constante.



"# Llectricit ne sent pas, ne se voit pas et ne sentend pas, ce qui la rend trs dangereuse pour les utilisateurs. En effet, la mauvaise utilisation de llectricit peut entraner des accidents plus ou moins graves. 1.1. Effet du courant sur le corps Les effets et dommages provoqus dpendent du trajet du courant lectrique dans le corps humain. Certains organes souffrent plus fortement des chocs lectriques.

1.2. Paramtres prendre en compte pour lvaluation des risques Quatre paramtres interdpendants influent sur le niveau des risques :

I c : courant qui circule dans le corps humain, Uc : tension applique au corps, R : rsistance du corps humain t : temps de passage du courant dans le corps.

ALIMENTER :

Les muscles flchisseurs

Les muscles respiratoires

Le muscle cardiaque

Le bulbe rachidien

Passage du courant dans

La peau

Fibrillation ventriculaire

Asphyxie avec

cyanose

Collage de la victime ;

impossibilit de se librer

Picotement ; brlures

Inhibition des centres commandant

les manuvres respiratoires et

rglant le rythme cardiaque

Effet thermique

Brlure

Par arc Electrothermique

Picotement

Contraction musculaire

Ttanisation des muscles respiratoires

Principaux effets du courant lectrique sur lhomme

Secousse lectrique

(0,5 mA ~ )

(5 mA ~ )

(10 mA ~ )

(25 mA ~ )

Fibrillation ventriculaire (50 mA ~ )

T

E

M

P

S

(130 mA - )

(2 mA - )

Electrisation

Fibrillation ventriculaire : Fonctionnement anarchique du cur (ncessit dutiliser un dfibrillateur)

Mort clinique


Relation entre le temps de passage du courant de choc dans le corps humain et lintensit de ce courant

**** Zone 1 : habituellement aucune raction **** Zone 2 : habituellement, aucun effet physiologique dangereux **** Zone 3 (de la ligne b jusqu la courbe c1) : Habituellement aucun dommages organiques. Probabilits de contractions musculaires et de difficults de respiration pour des dures de passage du courant suprieures 2 secondes. **** Zone 4 (au-del de la courbe c1) : risques darrt du cur, arrt de la respiration, brlures graves - Entre les courbes c 1 et c2 : la probabilit de fibrillation ventriculaire augmente jusqu 5% - Entre les courbes c 2 et c3 : probabilit de fibrillation ventriculaire jusqu environ 50% - Au-del de la courbe c 3 : probabilit de fibrillation ventriculaire suprieure 50%

Relation entre le temps de passage du courant de choc dans le corps humain et la tension de contact Selon le type de local, la norme NFC 15-100 prcise, pour une tension dalimentation en courant alternatif, deux valeurs de tensions limites conventionnelles de scurit UL :

UL = 25 V pour les locaux mouills, UL = 50 V pour les locaux secs.

Ces tensions, non dangereuses dans des environnements prcis, dfinissent des courbes o les risques sont contrls en fonction du temps de passage du courant dans le corps. Exemple : Lors dun dfaut dans un local sec (UL = 50 V), si la tension de contact vaut 100 V, le dispositif de protection doit couper le circuit en moins de : 0,4 secondes.

(&

ALIMENTER :


2.1. Contacts directs

Quappelle-t-on un contact direct ? Cest le contact dune personne avec une partie dun quipement ou dune installation normalement sous tension.

Moyens de protection Les dispositions de protection contre les risques de contacts directs ont pour but dassurer la mise hors de porte de pices nues sous tension accessibles aux travailleurs. La protection peut tre obtenue par lun des trois moyens suivants :

Lisolation des parties actives du matriel lectrique (gaine, cache bornes, etc.). La protection au moyen denveloppes et de barrires (coffrets, tableaux, etc.) qui permettent

de rendre le matriel lectrique inaccessible. Mise hors de porte, par loignement : Cest le cas des lignes ariennes haute tension et basse

tension. 2.2. Contacts indirects

Quappelle-t-on un contact indirect ? Cest le contact dune personne avec une masse mtallique mise accidentellement sous tension par dfaut disolement. Ce type de contact est trs dangereux car, contrairement au contact direct, il nest pas li limprudence ou la maladresse de lutilisateur.

Diffrents moyens de protection

Utilisation de la Trs Basse Tension (TBT) La protection est assure aussi bien contre les contacts directs quindirects lorsque la tension ne dpasse pas celle donne dans le tableau. Les installations en TBT doivent tre alimentes partir de sources de scurit, cest dire parfaitement isoles des installations de tension suprieure (exemple: transformateurs disolement, piles, accumulateurs, )

Tension limite Exemples dutilisation

En alternatif En continu 50 V 120 V Locaux dhabitation, bureaux, locaux non mouills 25 V 50 V Locaux mouills, chantiers extrieurs secs 12 V 25 V Piscines, volume dans salle de bain

ALIMENTER :

Phase (HT) Phase

Phase

Neutre

Neutre

Terre Terre Terre Isolant

Avec contact

Amorage Indirect Direct

Sans contact

Source dnergie lectrique


Association de la mise la terre avec des disposit ifs de coupure automatique de lalimentation Dans le cas dinstallations alimentes directement en BT par Lydec (rgime TT), on utilise un dispositif coupure automatique de lalimentation en cas de dfaut : disjoncteur ou interrupteur courant diffrentiel rsiduel (DDR).

%)*%% +,Le disjoncteur diffrentiel magnto thermique est aussi appel Dispositif Diffrentiel courant Rsiduel (DDR), qui a pour rle dassurer :

La protection des circuits contre les courants de dfauts de surcharge et de court-circuit (fonction disjoncteur magnto thermique).

La protection des personnes contre les contacts indirects, fuite de courant la terre (fonction diffrentielle).

Fonctionnement symboles

Id

In Iph

DDR

Rcepteur

Pas de dfaut : Id = 0 Iph =In le DDR ne dclenche pas.

Dfaut : Id 0 Iph In le DDR dclenche si le

courant de dfaut est suprieur sa sensibilit IDn.

Symboles unifilaires

Tableau: Sensibilit DDR / Rsistance maxi prise de terre

Valeur de

DDR

Rsistance maxi de la prise de terre pour une UL

de 25 V

Rsistance maxi de la prise de terre pour une

ULde 50 V Basse

sensibilit 1000 mA 25 50 650 mA 38 76

Moyenne sensibilit

500 mA 50 100 300 mA 83 166 100 mA 250 500

Haute sensibilit

30 mA 830 1660 10 mA 2490 4980

Remarque: En fait le dispositif dclenche sur une plage, cest dire quil est susceptible de fonctionner entre I n/2 et I n.

Rgles respecter Le neutre de linstallation doit tre reli la terre.

Cest le travail de Lydec, quand le poste de transformation nappartient pas lutilisateur (domestique, petite industrie,...)

Interconnecter les masses et les relier une prise de terre diffrente de la prise de terre du neutre Cest la charge de lutilisateur.

Mettre en place un dispositif diffrentiel courant rsiduel (DDR) de calibre :

IULRA

Dn

Cest la charge de lutilisateur.

UL : Tension limite de scurit du local IDn : Calibre du DDR (multiple de 3 ou de 1) RA : Rsistance de terre de linstallation

ALIMENTER :


"#/Protger le bien (matriel) contre la dtrioration et viter le risque dincendie par coupure du service lectrique en cas de danger.

"- Les machines Les appareils de commande Les appareils de mesures Les cbles et fils dalimentation

%

Dfauts Causes Effets Elimination

Surtensions Foudre, ractions des lignes (rsonnance), erreurs Claquage des isolants des conducteurs et surintensit.

Limiteur de surtension, parafoudre, clateurs, VDR..

Sous-tension

Trop dappareils fonctionnant sur une mme ligne, erreurs.

Danger pour les moteurs car I augmente pour une mme puissance mcanique.

Dtection par relais manque de tension et coupure dalim.

Surintensit Courts-circuits dus des erreurs ou provoqus par des animaux rongeurs.

Risque de destruction des isolants et des conducteurs par effet joule. Risque dincendie.

Coupure avec fusibles ou disjoncteur.

Surcharge

Lgre surintensit prolonge due une demande dnergie suprieure celle prvue pour linstallation (moteur entranant une lourde charge, trop dappareils connects sur une mme ligne).

Risque pour les isolants d lchauffement, conducteurs, moteurs et appareillage.

Dtection avec relais thermique ou disjoncteur suivi de la coupure de lalim.

ALIMENTER :


Lnergie pneumatique utilise lair comprim comme fluide pour le transport de lnergie, et sa transformation en nergie mcanique. %#% %!$%La production est assure par une installation qui comprend :

Un compresseur actionn par un moteur lectrique (pression de 7 10 bar). Un rservoir accumulateur dnergie. Des dispositifs de scurit et de rgulation (soupape de sret, purges, filtres). Des circuits de distributions gnralement raliss en tubes dacier. Un reprage suivant la norme NF E 04-054 qui permet une visualisation rapide de linstallation :

pour lair comprim, on peint un anneau vert clair suivi dun anneau rouge pour indiquer quil est sous pression.

Lair comprim est charg dimpuret et deau quil faut liminer pour assurer la longvit du matriel.

#%"# %!$%La production dair comprim est relativement aise et ncessite principalement un compresseur, un filtre daspiration, un refroidisseur, un scheur, un accumulateur, des purges et une armoire

Il a pour rle daugmenter la pression de lair. Deux types de compresseurs sont utiliss industriellement.

Compresseurs volumtriques : une quantit dair pression P1 est enferme dans une enceinte volume variable, on diminue le volume de lenceinte : la pression augmente jusqu P2, cet air est alors dirig vers le point dutilisation.

Turbocompresseurs : une vitesse leve est communique lair basse pression. Lair acquiert une nergie cintique, il est alors canalis vers le point dutilisation, son nergie cintique se transformant en augmentation de pression.

./Le compresseur a souvent un dbit puls, la pression dair est donc variable. Un rservoir permet dattnuer ces variations de pression jusqu les rendre ngligeables. Le rservoir permet galement de mnager des temps darrt dans le fonctionnement du compresseur.



%##/%#La distribution dnergie pneumatique se fait par canalisations rigides relies par des cols de cygnes pour viter de recevoir des impurets ou de leau pouvant sjourner dans les conduites. Pour supprimer ces impurets ou ces eaux stagnantes, il y a des purgeurs au point bas de chaque raccordement, et les canalisations ont une lgre pente.

#!#).*Avant dutiliser lair, il faut le filtrer, lasscher, le graisser et rguler sa pression. Ainsi, avant chaque SAP (Systme Automatis de Production), on place une unit de conditionnement F.R.L. (appeles aussi Tte de ligne ) qui adapte lnergie pneumatique au systme. Cette unit FRL est constitue dun Filtre , dun mano-Rgulateur et dun Lubrificateur . " 01$%

En faisant agir lair comprim sur une face immobile, on obtient une force F proportionnelle la pression p et sa surface daction S : F = p. S Le pascal tant trop petit pour les pressions utilises dans lindustrie, on utilise souvent le bar : 1 bar = 105 Pa. (Pa : Pascal)

Le Filtre sert asscher lair et filtrer les poussires.

Le mano-Rgulateur sert rgler et rguler la pression de lair.

Le Lubrificateur sert viter la corrosion et amliorer le glissement.

Vanne darrt Filtre

Mano-rgulateur

Lubrificateur

Alimentation Machine

Symbole

F est la force rsultante en Newton p est la pression en Pascals (Pa) S est la surface en m2.



Lnergie fournie par lalimentation, quelle soit dorigine lectrique ou pneumatique doit tre distribue aux diffrents actionneurs du systme. Deux possibilits peuvent alors tre envisages :

Distribution en tout ou rien (ou par commutation), la source dnergie est alors mise directement en relation avec lactionneur.

Distribution par modulation dnergie, dans ce cas lactionneur reoit lnergie de faon graduelle.

Ces distributions sont assures par des practionneurs quon peut classer en fonction des grandeurs dentre et de sortie :

Practionneurs lectriques Practionneurs pneumatiques

"%"$%Un practionneur T.O.R est un constituant de gestion de lnergie de commande afin de distribuer une nergie de puissance vers les actionneurs.

Parmi les practionneurs lectriques les plus utiliss on trouve les relais et les contacteurs. Ces dispositifs permettent de commander un circuit de puissance partir dun circuit de commande. Les relais sont utiliss avec des circuits intgrs et un petit circuit de commutation (transistor), ils permettent de commander un circuit de puissance (contacteurs, lampes). Les contacteurs fonctionnent de la mme faon que les relais, ils permettent cependant la circulation dun courant beaucoup plus important. . Les contacteurs sont utiliss pour des trs fortes puissances (moteur). +

1.1. Relais lectromagntique

Dfinition : Comme son nom lindique, il sert en tout premier lieu " relayer ", cest dire faire une transition entre un courant faible et un courant fort. Mais il sert galement commander plusieurs organes simultanment grce ses multiples contacts synchroniss.

Constitution : Un relais " standard " est constitu dune bobine qui lorsquelle est sous tension attire par un phnomne lectromagntique une armature ferromagntique qui dplace des contacts.

DISTRIBUER : (

Ordres PC prsents

ETABLIR ou INTERROMPRE le

circuit lectrique

Energie lectrique fournie

Practionneur lectrique

Energie lectrique potentielle

1 2 5

4 3

Ressort de rappel

Palette mobile

Circuit magntique en fer doux

Bobine du circuit de commande

Contacts du circuit de puissance


Contacts : Caractristiques : Un relais est caractris par :

La tension de sa bobine de commande, 5V 220V. Le pouvoir de coupure de ses contacts, qui est gnralement exprim en Ampre, 0,1A 50A.

Cest le courant maximal qui pourra traverser les contacts. Le nombre de contacts souhaits. Son emplacement, circuit imprim, visser, embrochable, souder. Le type de courant de sa bobine, en gnral du continu. La tension disolement entre la bobine et les contacts. La gamme de temps pour un relais temporis. Son ambiance, vibrations, humidit, poussires, temprature.

1.2. Relais statique

Dfinition : Un relais statique est par dfinition un organe ayant la fonction dun relais mais ralis avec des composants lectroniques, sans aucune pice mcanique en mouvement.

Constitution :

Circuit dentre Celui-ci assure lisolement galvanique entre le circuit de commande et celui de puissance. Cet isolement est assur par un photocoupleur.

Circuit dadaptation Il traite le signal dentre et assure la commutation du circuit de sortie. En particulier dans le cas de la commutation au zro de tension, ce circuit assure que la commutation de la sortie a lieu au zro de tension suivant.

Circuit de sortie Il est compos de lorgane de puissance. Celui-ci peut tre un triac soit des thyristors antiparallles. Dans le cas de la commutation de charges continues, llment de puissance est soit un transistor soit un MOSFET.

Les contacteurs lectromagntiques sont les practionneurs associs aux actionneurs lectriques, principalement les moteurs. Ils comportent 4 ensembles fonctionnels :

le circuit principal ou circuit de puissance, le circuit de commande, le circuit auxiliaire, lorgane moteur.

2.1. Circuit principal : Cest un ensemble de pices conductrices du courant principal du contacteur. Il est constitu de :

ples principaux (L1, L2, L3), contacts principaux (1-2 ; 3-4 ; 5-6),

Types de contacts

Contact fermeture NO Contact ouverture NF Contact inverseur

DISTRIBUER : (


2.2. Circuit de commande : Il comprend le contact de commande ou dauto-maintien ainsi que toutes les pices conductrices autres que le circuit principal (n3 et 7).

2.3. Circuit auxiliaire : Ce circuit est destin remplir des fonctions autres que celles assures par les deux premiers circuits :

verrouillage lectrique signalisation

Il comporte essentiellement des contacts auxiliaires instantans et temporiss. Les diffrents blocs sont reprsents ci-dessous. Ils ont la particularit de sinstaller sur la face avant comme indiqu sur le schma.

2.4. Organe moteur : Llectro-aimant est llment moteur du contacteur. Il comprend : une bobine (24V ; 48V ; 110V ; 230V ; 400 V) aliment en alternatif ou continu. un circuit magntique fixe (la culasse) et un circuit magntique mobile (larmateur) Le circuit magntique est :

feuillet pour lalimentation en alternatif pour limiter les pertes dues au courant de Foucault. massif pour lalimentation en continu.

Dans une alimentation alternative, le courant est de frquence 50 Hz. Cela cre dans le circuit magntique un flux qui sannule 100 fois par seconde. Sous leffet du ressort de rappel, le circuit magntique se met vibrer . Afin dviter ce phnomne, une bague rectangulaire en cuivre ou en laiton est dispose de faon embrasser les 2/3 du circuit magntique. Ceci pour effet dannuler les vibrations. Cette bague est appele spire de dphasage ou spire de Frager (n 11).

1. Support contacts mobiles de ple.

2. Contact mobile de ple F . 3. Contact mobile auxiliaire O . 4. Botier de ples et chambre de

coupure de larc. 5. Connexion de puissance. 6. Contact fixe de ple F . 7. Contact fixe auxiliaire O . 8. Socle. 9. Amortisseur de choc de llectro-

aimant 10. Partie fixe de llectro-aimant. 11. Bague de dphasage. 12. Bobine dattraction. 13. Ressort de rappel de la partie

mobile de llectro-aimant. 14. Partie mobile de llectro-aimant

fixation pour bloc auxiliaire.

DISTRIBUER : (


2.5. Caractristiques des contacteurs :

Tension nominale : tension maximale dutilisation en courant continu ou en courant alternatif de frquence 50 ou 60Hz.

Intensit nominale : courant dutilisation. Pouvoir de coupure : valeur du courant que le contacteur peut couper sous une tension donne. Nombre de ples : uni-, bi-, tri- et ttrapolaire selon le type dinstallation et le rgime de neutre.

2.6. Reprsentation et schma :

ple auxiliaire

contacts auxiliaires par blocs additifs

SCHEMAS DE PUISSANCE

bobineple

auxiliaire

1

2

3

4

KM1

5

6

13

14

A1

A2

ples depuissance

bobine

1

2

3

4

KM1

5

6

13

14

A1

A2

53

54

55

56

ples depuissance

KM1 A1

A2

13

14 KM1

S1

S2

SCHEMA COMMANDE

:Utilisation du contacteur pour commander un moteur2.7.

Une impulsion sur MARCHE enclenche KM1 qui sautoalimente (par son contact auxiliaire). Le moteur tourne.

Une impulsion sur ARRET provoque larrt. Le moteur sarrte.

2.8. Choix dun contacteur :

Le choix se fait en fonction du courant nominal alternatif ou continu et de la tension nominale et en tenant compte de certains lments comme :

la catgorie demploi (chauffage, distribution, commande moteur, ascenseurs.). de la nature du circuit de commande : tension dalimentation de la bobine. du nombre de manuvres par heure et du nombre dheures dutilisation par jour. du pouvoir de coupure.

DISTRIBUER : (


Exemple de choix : Moteur 2,2 KW /400 V en catgorie AC3 commande 24V alt

Choix : LC1D09 B7

DISTRIBUER : (


2"0%3%Un hacheur est un convertisseur statique permettant dalimenter une charge (moteur courant continu) sous tension de valeur moyenne rglable partir dune source de tension constante (rseau alternatif redress et filtr, batterie daccumulateurs, alimentation stabilise), avec un trs bon rendement.

!

2.1. Interrupteur lectronique Le principe du hacheur consiste tablir puis interrompre priodiquement la liaison source- charge laide dun interrupteur lectronique. Celui-ci doit pouvoir tre ferm ou ouvert volont, ce sera un thyristor ou un transistor de puissance fonctionnant en rgime de commutation. 2.2. Schmas Remarque : La diode de roue libre DRL assure la continuit du courant dans la charge si celle-ci est inductive (bobine ou moteur courant continu) quand le transistor est bloqu.

3.1. Dbit sur une charge rsistive

Schmas de montage :

V u

i

Charge

+

-

Source

Le transistor fonctionne en commutation (tout ou rien), il est donc :

soit bloqu soit satur

La tension de commande du transistor (relie la base) est une tension crneaux, de frquence et rapport cyclique variables indpendamment lune de lautre. Lorsque cette tension de commande est positive, elle rend le transistor passant et satur. Lorsque cette tension est nulle (ou de prfrence faiblement ngative), elle bloque le transistor. T : est la priode de fonctionnement. aaaa : est le rapport cyclique. Il est gal au rapport :

Dure de fermeturePriode

tTf= = a.

Etat hacheur

Ferm Ferm

Ouvert

0 T T Temps

V R

i

u

H

Source continue

DRL Charge

T

+

-

Circuit de

commande

Transistor en

commutation

U

DISTRIBUER : 22


Analyse de fonctionnement

0 < t < T : H est ferm : T < t < T : H est ouvert :

On appelle aaaa le rapport cyclique. Il est gal au rapport Dure de fermeture

PriodetTf= = a .

Valeur moyenne de la tension en sortie du hacheur Exprimons la valeur moyenne de u en fonction du rapport cyclique . Pour cela nous calculons sa valeur moyenne sur une priode : soit : u = . Remarque : En rglant de 0 1, on fait varier la tension aux bornes de la rsistance de 0 V. 3.2. Dbit sur une charge R,E

Schma de montage :

Analyse de fonctionnement : 0 < t < T : H est ferm : T < t < T : H est ouvert :

V u

i

R u = V i = u/R. = V/R uH = 0.

V

u = 0 i = 0 uH = V

i

u R

u = . i = . uH =

V u = i = uH = .

i

Etat hacheur

Ferm Ferm

Ouvert

0 T T Temps

V

H

R

i

u

E

V u

i

R

E

u

i

R

E

uH

DISTRIBUER : 22

t

H Ferm

H Ouvert

H Ferm

H Ouvert

t

0 T T 2T

u

uH t

V/R

i

T

V


Valeur moyenne de la tension en sortie du hacheur Exprimons la valeur moyenne de u en fonction du rapport cyclique . Valeur moyenne : u = S /T = .T.V/T + (T- .T) E/T Soit : u = .V + (1 ) E 0

4.1 Circuit de commande base de NE 555

!

4.2. Circuit de commande base de lamplificateur oprationnel

"

#

$

!"#

i

DISTRIBUER : 22

t

H Ferm

H Ouvert

H Ferm

H Ouvert

t

0 T T 2T

V

u

uH t

(V-E)/R

T

E

V V-E

E


2"0%+/Ce fonctionnement nest possible que si la charge est un moteur courant continu qui est une machine rversible. +$ Si la machine est un moteur de traction fonctionnant normalement dans le quadrant 1, on doit pouvoir freiner celui-ci : au lieu dutiliser pour cela des moyens mcaniques, on peut utiliser des moyens lectriques qui conomisent de lnergie. Il suffit en effet de faire fonctionner la machine en gnratrice, et, tant quelle tourne (E>0), de lui faire renvoyer de lnergie dans sa source dalimentation. La figure ci-dessus montre alors que le courant change de signe et on passe dans le quadrant 2. Aprs la phase de freinage, on peut tre conduit demander la machine de reprendre son fonctionnement en moteur, mais avec un sens de rotation diffrent du premier (W0i>0

E>0i


!Daprs les principes des moteurs courant continu, on fait varier sa vitesse :

Par variation de la tension moyenne aux bornes de linduit. Par variation du flux inducteur (variation de la tension dinducteur).

Pour faire varier les tensions dinduit ou dinducteur, le variateur utilise des convertisseurs statiques constitus de composants lectroniques. En fonction de la nature de la source lectrique, il existe deux types de convertisseur : 3& 3.1. Caractristique de lassociation moto variateur De 0 la vitesse nominale (Nn) :

fonctionnement couple constant. Variation de vitesse par variation de la tension dinduit Fonctionnement flux constant

De la vitesse nominale la vitesse maximale (Nmax) : Fonctionnement puissance constante Variation de vitesse par diminution du flux inducteur (defluxage).

Les variateurs de vitesse permettent une gamme de vitesse de 1 200. (Gamme de vitesse = )

C (Nm) Cn

Nn N max N(tr/min) Couple constant Puissance constante

Vitesse max Vitesse min

Rseau alternatif sinusodal

(Mono ou triphas)

Rseau continu (Batterie)

Convertisseur Continu / continu (Hacheur srie)

Convertisseur Alternatif / continu

(Redressement command)

M

DISTRIBUER : 22


3.2. Fonctions disponibles sur les variateurs.

Limitation de courant Rle : protection thermique du moteur Rglage : 1,5 x In

Asservissement en vitesse.

La vitesse du moteur est rgule, en fonction : La consigne. Limage de la vitesse donne par la dynamo tachymtrique. Rampe dacclration et de dclration rglable

3.3. Exemples de variateur de vitesse industriel

Dynamo tachymtrique

Consigne

Alimentation

Commande des convertisseurs

convertisseur

Vitesse de rotation

Temps

Consigne

Temps dacclration Temps de dclration

DISTRIBUER : 22


3.4. Prsentation des schmas de cblage

Le variateur LEROY SOMMER DMV 201 est un variateur 2 quadrants (quadrant 1 et 4)

Association moteur Leroy sommer et variateur DMV 201

Alimentation

Dynamo tachymtrique : (Asservissement en vitesse)

5 4 3

Potentiomtre Consigne vitesse : Impose une consigne en tension au variateur pour faire varier la vitesse moteur

Le variateur RECTIVAR 4 srie 44 est un variateur 4 quadrants

DISTRIBUER : 22


-#% "% %!$%Ltude est limite aux practionneurs pneumatiques Tout Ou Rien (TOR) que lon appelle distributeurs pneumatiques. Ils ont pour rle de diriger le fluide ou lair (sous pression) dans certaines directions. Cest grce eux quon peut commander de la sortie ou de la rentre de tige dun vrin par exemple. %)#" *Nous ne parlerons que des distributeurs tiroirs (les plus utiliss).

Dune manire gnrale, un distributeur est compos principalement dun corps, dun tiroir , des orifices dentre et de sortie du fluide ou de lair et une ou deux commandes de pilotage. ."!Par hypothse, on suppose que :

La pression alimente lorifice 1 Lorifice 2 est lair libre Lorifice 3 est reli un vrin simple effet.

Si lon applique une pression la commande , Le tiroir se dplace vers la gauche, et lair Sous pression serra envoy dans la chambre du Vrins : la tige sort. Si lon applique une pression la commande Le tiroir se dplace vers la droite : la tige du vrin Rentre.

"$%Un distributeur est caractris par :

Son nombre dorifice (sans compter les orifices de commande). Le nombre de position du tiroir Le type de commande (1ou 2 position stable ; on parle de monostable ou bistable)

Les positions des tiroirs se symbolisent par des carrs, on symbolise le distributeur dans sa position de repos. Exemple : Le distributeur utilis prcdemment utilise :

3 orifices 2 positions de tiroir 2 commandes pour 2 positions (bistable)

Il sagit donc dun distributeur 3/2 bistable

Tiroir

Corps

A

3

R

2 1

B

: Orifice pour branchement

: Orifice de commande du distributeur

1

A R

2 3

DISTRIBUER : (

"0!# "

Pression dalimentat

F

A B

A


Il se symbolise de la faon suivante : Sil sagissait dun distributeur 3/2 monostable, il se symboliserait de la faon suivante :

#&"Le reprage des orifices des distributeurs est ralis suivant une codification normalise. 1 : alimentation de pression 2 et 4 : orifices dutilisation 3 et 5 : orifice dchappement 14 : pilotage, fonction commande (mettant en communication larrive de pression (1) avec lutilisation (4)). 12 : pilotage, fonction rappel (mettant en communication larrive de pression (1) avec lutilisation (2)).

!!###/%%On indique les dispositifs de commande laide de symbole normalis Si le distributeur possde une commande de chaque ct, il est dit bistable. Cest dire quil faut faire une action chaque fois que lon veut changer dtat. Si le distributeur possde une seule commande dun ct et un ressort de lautre, il est dit monostable. Cest dire quil faut faire une action pour changer dtat et cesser cette action pour revenir ltat prcdent.

1 ##/%%%1!/ .# :

Distributeur 4/2 (4 orifices et 2 positions)

?

4 2

3 1 Systme de pilotage

?

Rappel par ressort

Reprsentation des orifices bouchs Les flches reprsentent le sens de circulation de lair sous pression

Orifices permettant le branchement des conduits

Type de commande du distributeur

Les lignes reprsentent les Canalisations internes.

1 5 3

4 2

12

DISTRIBUER : (


Symbole orifices positions symboles de pilotages

2/2

%&

2 2

()

*&)

&

+(

$

(&

(

&

&

$"

%"

3/2

3 2

3/2

3 2

4/2

4 2

5/2

5 2

DISTRIBUER : (


Puisque lnergie souvent disponible est lectrique et moins encore pneumatique, alors il faut convertir cette nergie disponible en nergie mcanique ; do lutilisation des actionneurs qui assurent cette fonction de conversion. On trouve :

Actionneurs lectriques. Actionneurs pneumatiques

"%"$%4%"$%3"% "%.

4

Caractristiques MOE : Pa

U = tension en Volt (V) I = courant en Ampre (A)

Caractristiques MOS : Pu

Cu = Couple utile en Newton. Mtre (N.m) =Vitesse angulaire en radians/seconde (tr/s)

Caractristiques MOE : Pa

Ce = Couple dentrainement en (N.m) =Vitesse angulaire en radians/seconde (tr/s)

Caractristiques MOS : Pu

U = tension en Volt (V) I = courant en Ampre (A)

3.1. Inducteur Situ dans le stator (partie fixe), il cre le champ dinduction magntique. Il peut tre form daimants en ferrite ou de bobines parcourues par un courant continu.

3.2. Induit Solidaire du rotor (partie mobile ou tournante de la machine), il est le sige des forces ncessaires son entranement. Il est compos de spires places dans des encoches situes la priphrie dun empilement de tles cylindriques. Les extrmits des spires sont relies sur les lames du collecteur

CONVERTIR : (

nergie mcanique de rotation

nergie

lectrique distribue

Convertir lnergie lectrique en nergie

mcanique de rotation

Moteur lectrique

nergie mcanique de rotation

nergie lectrique utilisable

Convertir lnergie mcanique en nergie

lectrique

Gnratrice lectrique


3.3. Collecteur et Balais Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre o sont relies les extrmits du bobinage de linduit. Les balais (ou charbons) sont situs au stator et frottent sur le collecteur en rotation. Le dispositif collecteur / balais permet donc de faire circuler un courant dans linduit.

(4.1. Force de Laplace (exprience des rails de Laplace) Lorsquun conducteur, plong dans un champ magntique, est travers par un courant continu, ce conducteur se met en mouvement sous laction dune force dite force de Laplace telle que : Direction : perpendiculaire au plan form par le conducteur et le champ magntique. Sens : donn par la rgle des 3 doigts de la main droite. Intensit : F = B.I.L . (lorsque le champ est perpendiculaire au conducteur)

B

F

,

4.2. Couple lectromagntique Lorsquon alimente linducteur et linduit par une source de tension continue, chacun des

conducteurs de linduit est alors parcouru par un courant et, plac dans le champ magntique

inducteur, est soumis une force de Laplace telle que : F = B.I.l. Les deux conducteurs sont soumis un couple de force 21 FetF

.

On a donc C = 2.r.F = 2.r.B.I.l = S.B.I = .I Dans le cas gnral (de nombreux conducteurs), la somme des moments des couples de forces agissant sur lensemble des conducteurs est appele le moment du couple lectromagntique not Cem. Cem = K. . I avec :

K : constante du moteur qui ne dpend que de sa constitution (nombre total de conducteurs N)

: flux cr par un ple inducteur, en webers (Wb) I : intensit du courant dans chaque conducteur de linduit, en ampres (A)

4.3. Force lectromotrice dinduction Loi de Lenz : Si on dplace un conducteur dans un champ magntique, il apparat aux bornes de ce conducteur une f..m. induite. loi : Tout phnomne induit soppose, par ses effets, la cause qui lui a donn naissance. Conformment cette loi, la f..m. va sopposer au dplacement du conducteur en gnrant une force induite de sens contraire. On en dduit le sens du courant induit (rgle des 3 doigts de la main droite) et ainsi le sens de la f..m. (convention gnrateur).

B

iF

,

-

.(&

On montre que la f..m. induite totale E qui apparat aux bornes de linduit vaut : 5+$ Les machines courant continu peuvent fonctionner tant en moteur quen gnratrice : si on alimente linduit, le rotor se met tourner , si on fait tourner le rotor, linduit gnre une f..m. E. On dit que les machines C.C. sont rversibles

E = K. .

Avec : K : constante du moteur : Flux utile sous un ple (Wb) W : vitesse de rotation (rad/s)

CONVERTIR : (


64 $

Modle quivalent de linducteur Modle quivalent de linduit

$&"#

( (

$&"#

/(

(

Lorsque linducteur nest pas aimants permanents, il est constitu de bobines en srie traverses par un courant continu Ie, appel courant dexcitation. On sait, de plus, quen courant continu, une bobine est quivalente sa rsistance. avec Re : rsistance de linducteur (W) Ue : tension dalimentation de linducteur (V) Ie : intensit du courant dexcitation (A)

Linduit, soumis une tension U dite tension dinduit, est constitu de conducteurs, de rsistance R, traverss par un courant continu I dit courant dinduit. Il gnre une f..m. ou une f.c..m. suivant quil fonctionne en gnratrice ou en moteur. Loi des mailles : U - R.I E = 0 donc : avec R : rsistance de linduit (W) U : tension dalimentation de linduit (V) I : intensit du courant de linduit (A) E : f.c..m gnre par linduit (V)

78 Relation correspondante : U = E + R.I En multipliant par I, on obtient : U.I = E.I + R.I2

En rsum :

Pe=Ue .Ie

Pj= R.I2

Pcoll

....

Pu =Cu.

Pje = Ue.Ie

P

De plus, le rotor (matriau ferromagntique) est en mouvement dans un champ magntique, do lapparition de pertes magntiques note Pfer. Dautre part, le rotor en rotation sera le sige de pertes mcaniques notes Pmca Remarque : Toute la puissance absorbe par linducteur (Pe) est convertie en pertes par effet Joule (Pje)

U = E + R.I Ue = Re.Ie

Puissance absorbe

Puissance lectromagntique

Pertes par effet Joule dans linduit

CONVERTIR : (


9+-Du fait de ces diffrentes pertes, le rendement dune machine courant continu varie entre 80 et 95 %.

Rendement = Puissance fournie (utile) / Puissance totale absorbe. = Pu / Pa - Pa = U.I + (puissance absorbe par linducteur) - Pu = Cu. do rendement

:

U = E + RI (quation toujours vraie) Au dmarrage, la vitesse de rotation est nulle (n = 0) donc E = 0 . Le courant de dmarrage vaut donc : Id = U/R. Et Cd = k.Id = k.U/R Le courant peut-tre trs important au dmarrage et dtruire les contacts collecteur-balai : il faut donc limiter ce courant Id : utilisation de dmarreur, variateurs de vitesses. Le couple de dmarrage est aussi trs important et pas forcment tolr par les organes mcaniques ...

= (Cu. ) / (UI + Pe) = (Pa - pertes) / Pa

CONVERTIR : (


%!$%% Les actionneurs pneumatiques les plus rpandus sont les vrins pneumatiques linaires. Ils transforment lnergie pneumatique (pression, dbit) en nergie mcanique (effort, vitesse) 4

&$

Quel que soit le vrin, son type et son constructeur, il sera constitu des mmes lments. Le piston est solidaire de la tige qui peut se dplacer lintrieur du corps. Le corps est dlimit par le nez et le fond dans lesquels sont amnags les orifices dalimentation en air comprim. Les espaces vides qui peuvent tre remplis dair comprim sappellent les chambres.

!0

Vrin simple effet Vrin double effet Le vrin simple effet est un composant monostable (Stable dans une seule position). Ce type de vrin ne peut produire un effort significatif que dans un seul sens, le rappel de tige est assur par un ressort.

Le vrin double effet est un composant bistable (Stable dans deux positions). Ce type de vrin peut produire un effort significatif dans les deux sens, le rappel de tige est obtenu par inversion de lalimentation des deux chambres.

500

Diamtre du piston Diamtre de la tige Pression dalimentation (Pa ou bar avec 1 bar = 105 Pa)

Calcul de leffort axial en sortie de tige

Avec

Caractristiques MOE : Pa = p .Q

p = pression en Pascal (Pa) Q = dbit en (m3/s)

Caractristiques MOS : Pu = V. F

V = vitesse dplacement tige en (m/s) F = pousse (effort) en Newton (N)

nergie

pneumatique nergie mcanique de translation

Transformer lnergie pneumatique en

nergie mcanique de translation

Vrin linaire

CONVERTIR : (

F : For ce exerce par la tige en Newton (N) S : Surface daction de lair sur le piston en m p : Pression de lair lalimentation en Pascal (Pa)

F = p.S


Lorsquon alimente la chambre avant, la surface daction de lair est plus faible que lorsquon alimente la chambre arrire du fait de la prsence de la tige. Pour une mme pression dalimentation, la tige exerce donc une force plus grande en sortant quen rentrant Pour la sortie de tige : Fsp = pppp/4 .D2.p Pour la rentre de tige : Fst = pppp/4 .(D - d)2.p

Avec : D : diamtre de piston (cm). d : diamtre de la tige (cm). p : pression dalimentation (bar). Fsp : effort statique dvelopp en poussant (daN). Fst : effort statique dvelopp en tirant (daN).

60&$

730

7.1. Vrin compact Permet de dvelopper des efforts importants sur des courses faibles dans des applications o lencombrement axial doit tre le plus rduit possible. Particulirement adapt, grce sa compacit et son court temps de rponse, aux fonctions de serrage, blocage, jection, indexage, lvation et verrouillage de pice dans toutes les applications industrielles.

7.2. Vrin anti-rotation Permet de translater entre deux positions fixes un produit qui nexige pas de guidage du type glissire, mais ncessite dtre arrt en rotation. Trs utilis dans les mouvements terminaux de manipulation de produit. Mouvement de monte baisse de pice suspendue. Pousseur de pice dans les systmes de transitique, manipulation de produit lger. 7.3. Vrin rotatif Assure le plus gnralement deux fonctions : guidage et entranement en rotation du mobile, do limportance de le dimensionner par rapport au mouvement dvelopper (couple, angle, moment dinertie) et aux efforts axiaux et radiaux appliqus sur larbre de sortie. Principalement utilis pour des oprations de manipulation lorsquil y a lieu dorienter le produit. 7.4. Vrin sans tige Permet de mouvoir en translation, avec une grande amplitude, un mobile guid entre deux positions prcises de fin de course. Trs utilis dans les tches de manipulation, manutention, transitique et palettisation, en raison de son faible encombrement en longueur et de ses sections de piston identiques

CONVERTIR : (


%#+#%5%5Le gnrateur de vide a pour fonction de transformer la pression de lair comprim en une pression infrieure la pression atmosphrique. Un tuyau branch sur la prise de vide transmet cette dpression leffecteur (les ventouses). Cette dpression permet aux ventouses de saisir les objets dplacer en les aspirant. Les ventouses plaquent ainsi les objets contre elles

Fonctionnement : Lair comprim, en passant rapidement dans le venturi, provoque cet endroit une dpression et entrane avec lui lair prsent dans le conduit perpendiculaire. Do laspiration disponible au niveau de la ventouse.

%Un moteur rotatif aliment en air comprim produit un mouvement de rotation dans un ou deux sens, des frquences pouvant atteindre 30 000 tr/min et des puissances de 10 kW. Il en existe plusieurs types : piston, engrenage, turbine. La technologie palettes est la plus utilise, en raison de ses nombreuses qualits.

Fonctionnement :

lair comprim pntre dans le moteur par lorifice P et arrive dans une chambre dadmission, o il exerce une force motrice sur la palette la plus prominente. Ainsi, le rotor tourne et lair se dtend. Dans le deuxime secteur du moteur, lair des chambres lchappement se vide par lorifice E.

Chambre lchappement Palette Rotor

Chambre ladmission

Admission P

Echappement E

CONVERTIR : (


+"$%%!% Cette conversion consiste en une transformation de lnergie lectrique en rayonnement lumineux. Si lon ne sen tient qu lclairage nous avons 2 grandes familles qui regroupent plusieurs catgories.

Familles Catgorie

Lampes incandescence La lampe standard La lampe iode (halogne)

Lampes dcharge

Lampe fluorescente Lampe Fluo compacte Lampe vapeur de mercure Lampe iodure mtallique Lampe vapeur de sodium : - Basse pression - Haute pression

1.1. La lampe incandescence standard Principe : Un filament conducteur est chauff blanc par un courant lectrique, sous vide, dans une ampoule de verre. Lnergie lectrique est transforme en nergie calorifique ; du fait de la haute temprature, il y a production dnergie lumineuse.

Constitution : Une lampe incandescence est constitue essentiellement dun filament en tungstne, port une temprature trs leve, de 2400C. Le tungstne est choisi pour sa temprature de fusion leve : 3655C.

Pour viter que le filament se consume, on place celui-ci labri de loxygne de lair dans une ampoule contenant un gaz inerte (argon-azote ou krypton-azote).

Lampoule de verre qui contient les gaz neutres est claire, dpolie ou opalise selon la qualit de diffusion de lumire dsire.

Forme des ampoules

Lampe Standard Belle Lampe Flamme Lampe Sphrique Lampe Tube Lampe Tube Linolite

Dsignation dune lampe :

Elle doit comprendre : La puissance : 15 - 25 - 40 - 60 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 1000. (Watts) La tension : en gnral 220 V ; tension particulire : 24 /27 - 115/120 - 135/140 - 240 - 250 V. Le type de culots : ils sont normaliss.

Culots vis (Edison) Culots baonnette

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La forme de lampoule : ventuellement le revtement Avantages / Inconvnients

Avantages Inconvnients Lumire agrable. Peu encombrante. Montage facile. Allumage instantan. Prix dachat faible.

Efficacit lumineuse faible : 12 lm/W. Dure de vie assez courte : 1000 heures. Pertes dnergie sous forme calorifique relativement

importante pour les grandes puissances.

1.2. Les lampes iodes (halogne). Les performances des lampes incandescence standard sont nettement amliores par un mlange gazeux aux halognes dans une ampoule en quartz. Dans une certaine plage un cycle tungstne - halogne permet de restituer au filament une grande partie du tungstne vapor. Ce phnomne, appel cycle de lhalogne, se reproduit en permanence, il vite ainsi tout noircissement de lampoule, il augmente la longvit du filament.

Forme des ampoules :

On distingue deux grands modes de fonctionnement des lampes dcharge : cathode froide : tubes luminescents (enseignes lumineuses), lampes non (voyant, veilleuses) cathode chaude : tube fluorescent, lampes vapeur de mercure, lampes vapeur de sodium

haute et basse pression, lampes aux iodures mtalliques. Remarque : toute lampe dcharge ncessite un appareillage auxiliaire : il faut limiter le courant qui traverse la lampe (ballast) et crer une surtension (ballast + starter)

2.1. Les lampes fluorescentes Principe de la fluorescence : Cest une lampe dcharge constitue dun tube dont la paroi interne est recouverte dune mince couche de poudre fluorescente. Le tube est muni dune lectrode chaque extrmit et contient une faible quantit de mercure dans un gaz rare. Le principe de base est le suivant : un tube vapeur de mercure soumis une diffrence de potentiel, produit des radiations ultraviolettes invisibles qui sont transformes en lumire visible par la poudre photoluminescence. Dsignation dun tube fluorescent. Un tube fluorescent est indissociable de son appareillage et il faut bien tenir compte des lments suivants :

La puissance lectrique. Elle est directement lie la long du tube. 18W - 0,60m; 36W - 1,20m; 58W - 1,50m

La teinte de couleur. Blanc confort, Blanc soleil, etc. La nature du dispositif dallumage : Avec starter ou bande damorage extrieure ou infrieure. Le culot : 1 ou 2 broches. La forme du tube : droit, circulaire, en U, miniature.

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Avantages / Inconvnients

Avantages Inconvnients

Dure de vie de lordre de 7000 heures. Faible consommation dnergie Permet de raliser des clairements levs Efficacit lumineuse : 25 75 lm/W

Un quipement damorage et dalimentation spcial est ncessaire

Prix de linstallation initiale plus lev quen incandescence

2.2. Les lampes fluo compactes Ces lampes ont t cres au dpart pour remplacer la lampe incandescence il existe deux familles : une famille munie dun ballast intgr dans le culot, soit baonnette soit vis, pouvant tre mise en

place directement la place des lampes incandescence standard. une autre famille dont le ballast est associ indpendamment de la lampe; celles-ci ne peuvent donc

pas se brancher sur un luminaire dj existant sans linterposition dun ballast dans le circuit. Forme des ampoules :

1

2 3 4

5

Ph N

Les cathodes sont constitues dun fil de tungstne tri spiral et enduites de substance alcalino-terreuse qui favorise lmission des lectrons.

Les condensateurs permettent damliorer le facteur de puissance

Le Ballast est une bobine qui permet de crer une surtension ncessaire lamorage

Le starter de par son ouverture provoque la surtension aux bornes du ballast

Le tube fluorescent contient de largon qui sionise trs rapidement, schauffe instantanment et provoque la vaporisation de mercure. Le revtement interne du tube est un mlange de sels minraux fluorescents, sous forme de cristaux de quelques microns. La temprature de couleur de la lumire mise dpend de la composition de la poudre fluorescente

Elments constitutifs

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2.3. Les lampes vapeur de mercure Cette lampe est constitu dun tube en quartz contenant du mercure est plac lintrieur dune ampoule en verre dont les parois sont recouvertes dune poudre fluorescente. Latmosphre lintrieur est un gaz neutre. Elles ncessitent un appareillage spcial. Caractristiques :

La dure de mise en rgime est de 10 minutes pour 80% du flux nominal.

Le temps de mise en rgime est de 3 5 minutes. La temprature de couleur varie de 3900 4300K et

lindice de rendu de couleur de 33 49. Utilisation : Ateliers, halls, jardins, stations-services

2.4. Les lampes vapeur de sodium basse pression Cette lampe dcharge est compose dun tube en U dans lequel se trouvent du sodium basse pression avec du non pour faciliter le dmarrage. La lumire mise est de couleur jaune orange. Lefficacit lumineuse de ces lampes est trs leve, jusqu 210lm/W La dure de mise en rgime est de 5 10 minutes. Utilisation : lclairage routier, domaine dans lequel leur efficacit trs lev est un avantage considrable. 2.5. Les lampes vapeur de sodium haute pression Le tube est en cramique translucide, le verre et le quartz ne pouvant pas rsister la forte corrosion de la vapeur de sodium porte dans ces lampes plus de 1000C. La lumire nest pas monochromatique car dautres raies, de longueurs donde diffrentes, du sodium sont mises. Elle se rapproche dune lumire trs chaude.

Lintensit du courant damorage est suprieure de 50% au courant de marche. Le temps de mise en rgime est de 10 minutes. La gamme de puissance est tendue, de 50W 1kW. Leurs efficacits lumineuses vont de 68 140 lm/W. Ces lampes sont principalement utilises pour clairer les parcs de stockage, tunnels souterrains, piscines, gymnases,... +"$%0! $%!Cette conversion, appele aussi chauffage, consiste en une transformation de lnergie lectrique en chaleur. Elle est facilement sans combustion, sans fume ; sa rgulation en temprature est souple et prcise. +#La conversion de lnergie lectrique seffectue, par effet Joule, dans une rsistance traverse par un courant lectrique

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UI

W

R t

W = U I t

Avec : - W : nergie [J] - U : Tension [V] - I : Courant [A] - T : Temps de passage du

courant [s] W = R I t - R : rsistance [W]

2.1. Grandeurs en nergie thermique La correspondance entre lnergie lectrique en joule et lnergie thermique est donne par la relation :

La calorie reprsente la quantit de chaleur ncessaire pour lever de 1C la temprature de 1 g deau Autres units : Multiples : 2.2. Rsistance lectrique Cest dans la rsistance lectrique que seffectue la transformation de lnergie lectrique en chaleur. Le calcul de la rsistance seffectue, en gnral, partir de la puissance obtenir et de la tension du rseau. A partir des relations :

P = U I P : Puissance dissipe [W]

U = R I

On a donc : R = PU

R =

sL

L : longueur du fil [m] S : section du fil [m] r : rsistivit du fil [Wm] ou [W.mm.m-1]

40Le matriau rsistant est lorgane actif qui transforme le courant lectrique en chaleur.

Diamtre des fils normaliss : 0,14- 0,16-0,18- 0,20- 0,224- 0,250- 0,280- 0,315- 0,355- 0,400 - 0,450 - 0,500 - 0,560 - 0,630 - 0,710 - 0,800 - 0,900 - 1,00 - 1,12 -1,25- 1,40-1,60- 1,80- 2,00- 2,24- 2,50- 2,80- 3,15- 3,55- 4,00.

Tableau : Alliage pour rsistances lectriques

Marques Composition

type

Caractristiques types Observations et

principaux emplois Rsistivit -cm 15C

Temprature limite demploi

(C)

Coefficient de thermo-rsistivit

x 10-3

Ni 80 - Cr 20 109 1 200 0,015 Fours de traitement - Chauffage aux tempratures

leves - Appareils mnagers Rsistances de mesure - Radiateurs lumineux

Ni 45 - Cr 25

Fe solde 112 1 150 0,12

Fours de traitement (rsistances spcialement tudies pour les atmosphres rductrices, carburantes ou faiblement sulfureuses) - Shunts Radiateurs- Bougies dallumage

Ni 30 - Cr 20

Fe solde 104 1 100 0,27 Chauffage temprature moyenne

Ni 12 - Cr 12

Fe solde 74 600 0,8 Rhostats de dmarrage

1 calorie [cal] = 4,186 joules [J]

1 kilocalorie [kcal] = 103 calories 1 thermie [th] = 106 calories

1 calorie = 1 microthermie [ th]

Le wattheure 1 Wh = 3600 J Le kilowattheure 1 kWh = 103 Wh

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4.1. Schmas des commutateurs Les commutateurs rotatifs permettent de commander plusieurs circuits selon un ordre prdtermin. Ils sont constitus essentiellement par :

Des contacts (1), en gnral, 2 par tage de commutation ; ces contacts sont indpendants. Le nombre de contacts ncessaires dans un schma dtermine le nombre dtages du commutateur (2 par tage).

Des cames (2) qui ralisent le programme de fonctionnement des contacts selon les conditions imposes par lutilisation des circuits ; 1 came par contact

Selon le programme de fonctionnement on a 4 types de cames :

4.2. Tableau de commutation Soit un commutateur quatre positions qui ralise trois circuits, on aura le tableau ci-dessous.

4.3. Couplage de rsistances On couple deux rsistances de 20 pour obtenir trois allures de chauffe : - position 0 : arrt ; - position 1 : rsistances R1 en srie avec R2 ; - position 2 : rsistance R1 seule ; - position 3 : rsistances R1 et R2 en parallle. +"$%"0! $%%

Cette conversion, appele aussi lectrolyse, est un processus dchange au cours duquel lnergie lectrique est transforme en nergie chimique. La raction a lieu dans une solution : llectrolyte. Les ions doivent pouvoir circuler librement dans llectrolyte pour passer dune lectrode lautre. Les deux lectrodes sont relies par llectrolyte et par un gnrateur de courant lectrique.

Contacts Positions a b c d e

1 2 3 4

0 1 1 1

0 0 1 1

0 0 0 1

0 1 0 1

0 1 0 0

1 2 3 4

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"Une application trs courante de llectrolyse est la recharge de laccumulateur. Un accumulateur est capable de fonctionner en pile (dcharge) ou en lectrolyseur (charge). Dans un accumulateur, les ractions aux lectrodes sont inversables : les ractions traduisant la charge et la dcharge sont inverses lune de lautre. Lors de certaines lectrolyses, un dpt mtallique peut se former sur une lectrode. Ce phnomne est utilis dans lindustrie pour : la purification de mtaux (llectroraffinage du cuivre), le revtement mtallique dobjets pour les protger de la corrosion ou les dcorer (la galvanostgie), la reproduction dobjets comme les CD (La galvanoplastie)

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