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Sciences Math B
2014/2015
https://sites.google.com/site/profsi2015/
SCIENCES DE L’INGENIEUR Manuel de cours
chaîne d'énergie
GeniousTypewritten textwww.9alami.com
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Table des matières
Alimenter ................................................................................................................................................. 5
.I Introduction : ............................................................................................................................................................. 5
.II Situation : ..................................................................................................................................................................... 5
Energie Electrique : Réseau national : ................................................................................................... 6
.I Définition : .................................................................................................................................................................... 6
.II Caractéristiques : ...................................................................................................................................................... 6
.III Principe de production ........................................................................................................................................... 6
.IV Grandeur physique de l’énergie électrique .................................................................................................... 7
Energie électrique : Alimentation autonome ........................................................................................ 12
.I Piles et Accumulateurs ......................................................................................................................................... 12
.II Groupe électrogène ............................................................................................................................................... 12
.III Eoliennes .................................................................................................................................................................... 12
.IV Panneaux solaires .................................................................................................................................................. 13
.V Applications : ........................................................................................................................................................... 13
Convertir une tension Ac en une tension Dc ........................................................................................ 14
.I Intérêt : ....................................................................................................................................................................... 14
.II Principe : .................................................................................................................................................................... 14
.III Adapter la tension Réseau .................................................................................................................................. 15
.IV Redresser la tension .............................................................................................................................................. 16
.V Filtrer la tension redressée ................................................................................................................................ 17
.VI Application : (Voir Manuel d’activités) ......................................................................................................... 17
.VII Réguler la tension filtrée ..................................................................................................................................... 18
.VIII Lisser le courant ..................................................................................................................................................... 18
.IX Stabiliser la tension par diode Zener ............................................................................................................. 18
Isoler et protéger une installation électrique ........................................................................................ 19
.I Sectionneur ............................................................................................................................................................... 19
.II Relais thermique ..................................................................................................................................................... 19
.III Disjoncteur ................................................................................................................................................................ 20
.IV Fusibles ....................................................................................................................................................................... 20
.V Application et Exercices ...................................................................................................................................... 20
Alimenter en Energie Pneumatique ...................................................................................................... 21
.I Production de l'énergie pneumatique ........................................................................................................... 21
.II Groupe de Conditionnement .............................................................................................................................. 22
.III Grandeurs Physiques ............................................................................................................................................ 22
.IV Applications et Exercices .................................................................................................................................... 22
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Distribuer : ............................................................................................................................................ 23
.I Présentation : ........................................................................................................................................................... 23
.II Situation ..................................................................................................................................................................... 23
Distribuer l’énergie électrique : ........................................................................................................... 23
.I Contacteurs (courant fort) ................................................................................................................................. 24
.II Relais (Courant faible) ......................................................................................................................................... 27
.III Relais statique ......................................................................................................................................................... 28
.IV Applications : ........................................................................................................................................................... 28
Distribuer en Modulation de l’énergie ................................................................................................. 29
.I Fonction : ................................................................................................................................................................... 29
.II Principe : .................................................................................................................................................................... 29
.III Types de convertisseur statique ....................................................................................................................... 29
.IV Interrupteurs utilisés ............................................................................................................................................ 30
.V Hacheur ...................................................................................................................................................................... 31
.VI Redresseur commandé ......................................................................................................................................... 32
.VII Gradateurs : .............................................................................................................................................................. 32
.VIII Onduleur .................................................................................................................................................................... 34
Distribuer l’énergie Pneumatique et Hydraulique ............................................................................... 35
.I Distributeurs ............................................................................................................................................................ 35
.II Règles de câblage ................................................................................................................................................... 38
.III Schéma pneumatique ........................................................................................................................................... 38
CONVERTIR ......................................................................................................................................... 43
.I Situation : .................................................................................................................................................................. 43
Moteur à courant continu...................................................................................................................... 43
.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 43
.II Symbole: ..................................................................................................................................................................... 43
.III Constitution: ............................................................................................................................................................. 44
.IV Types de moteurs CC ............................................................................................................................................. 44
.V Principe ...................................................................................................................................................................... 44
.VI Modèle équivalent du moteur à courant continu ..................................................................................... 44
.VII Relations fondamentales..................................................................................................................................... 45
.VIII Variation de la vitesse du moteur ................................................................................................................... 45
.IX Sens de rotation d'u Moteur CC ........................................................................................................................ 45
.X Bilon des Puissances et rendement ................................................................................................................. 46
.XI Applications: ............................................................................................................................................................. 46
Moteurs asynchrones triphasés ............................................................................................................. 47
.I Principe et Symboles ............................................................................................................................................. 47
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.II Constitution: moteur asynchrone triphasé ................................................................................................. 47
.III Caractéristiques ...................................................................................................................................................... 48
.IV démarrage des Moteurs Asynchrones ........................................................................................................... 50
Moteur pas à pas ................................................................................................................................... 53
.I Introduction ............................................................................................................................................................. 53
.II Symbole : .................................................................................................................................................................... 53
.III Constitution .............................................................................................................................................................. 53
.IV Principe de fonctionnement: ............................................................................................................................. 54
Vérins Pneumatiques ............................................................................................................................. 55
.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 55
.II Constitution .............................................................................................................................................................. 55
.III Types de verins : ...................................................................................................................................................... 56
.IV Détermination d'un vérin ................................................................................................................................... 58
.V Réglage de la vitesse ............................................................................................................................................. 59
.VI Application : ............................................................................................................................................................. 59
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Alimenter
.I Introduction :
Alimenter ;
Distribuer ;
Convertir ;
Transmettre
.II Situation :
Pour agir sur la matière d'œuvre, un système automatisé a besoin d’énergie, qui
subira de nombreux traitements pour être adaptés à la nature de l'action sur la
matière d'œuvre. La chaine d’énergie traite donc ces aspects qui peuvent être
modélisés par les fonctions génériques qui s'appliquent sur la plupart des
systèmes ; il s'agit des fonctions :
Chaine d’Energie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer
Agir sur la MO
MOE
MOS
Chaine d’Energie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer
Energie Electrique
Alimentation Secteur ’’Réseau ONE”
Alimentation Autonome : Locale
Energie Pneumatiques
Energie Hydraulique
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Energie Electrique : Réseau national :
.I Définition :
.II Caractéristiques :
Courant alternatif
Fréquence 50 Hz
Tensions : 220V simple / 380V composée
.III Principe de production
III.1 Alternateur triphasé
On appelle réseau électrique l'ensemble des infrastructures permettant d'acheminer l'énergie
électrique des centrales électriques (sites de production), vers les consommateurs d'électricité.
�� =�
�
La rotation d’un aimant ou un électroaimant à vitesse constante Ns devant 3 bobines fixes
disposées à 120° l'une de l'autre Crée 3 tensions alternatives déphasées de 120° l'une par
rapport à l'autre de fréquence f tel que :
Ns: vitesse de rotation de l’alternateur en Tr/s f : fréquence des tensions produites en Hz p : nombre de paires de pôles de l’alternateur.
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III.2 Exemple de centrale électrique
III.3 Fonction d’un Alternateur
.IV Grandeur physique de l’énergie électrique
IV.1 Courant Continu
1.1 Intensité du courant continu
Le courant électrique s'exprime en Ampères (A) 1.2 Tension électrique
La tension électrique s'exprime en Volts (V)
� (s)
� (A)
Alternateur
Energie Mécanique Energie Electrique Convertir l'Energie Mécanique en
Energie Electrique Energie primaire : Vent, Eau Génération de la Vapeur
Monophasée Triphasée
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1.3 Loi des nœuds
1.4 Loi des mailles
1.5 Convention des Dipôles :
1.6 Loi d’Ohm
Maille ABCDA:
UAD- UAB– UBC+ UDC=0
Générateur : U.I > 0 Récepteur : U.I < 0
U.= RI
�
�
Branche AC:
UAC– UAD-UDC=0
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1.7 Diviseur de tension
1.8 Diviseur de courant
1.9 Puissance et Énergie électrique
IV.2 Applications et Exercices :
(Voir manuel d’activités)
IV.3 Courant alternatif monophasé
3.1 Valeurs instantanées
P= U.I
E = P.t
U: Volts (V) I: Amperes (A) P: Watts (W) E: Joules ou Watts heure (J) ou Wh t: temps (s)
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3.2 Valeurs efficaces
3.3 Dephasage couront tesion selon la charge :
Résistance φ=0
Bobine
φ=π/2
Condensateur
φ= -π/2
3.4 Puissance Active
3.5 Puissance réactive
3.6 Puissance Apparente
IV.4 Courant alternatif triphasé
L’énergie électrique est produite, transportée et consommée sous forme de systèmes triphasés. Un système triphasé est dit équilibré si les valeurs efficaces des 3 courants sont égales.
P= U.I Cos(φ)
V = ��
√� I =
��
√�
U: en Volts I: Ampers P: Watts Q:en V.A.R S:en V.A Φ : déphasage courant / tension en rd
L
R
C
Q= U.I Sins(φ)
S= U.I
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4.1 Tensions simples
Tensions entre phase et neutre. : V= U1 = U2 = U3 4.2 Tensions composées
Tensions entre phases U= U12 = U23 = U31.
4.3 Puissance Active en W
4.4 Les récepteurs triphasés
Un récepteur triphasé est constitué par trois récepteurs monophasés identiques peuvent être couplés de manières :
Couplage Etoile Couplage Etoile
P=√� U.I Cos(φ)
U=√3 V=400 V
V=230 V
Chaque récepteur est soumis à la tension
simple du réseau Soit : V=230 V
= 230 V
Chaque récepteur est soumis à la tension
composée du réseau Soit : U = 400 V
U=√3 V I=√3 J
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Energie électrique : Alimentation autonome
.I Piles et Accumulateurs
L’énergie électrique est produite par effet chimique:
un accumulateur est rechargeable inversement à une pile
I.1 Capacité (en Ah)
I.2 Exemple :
L’iPhone 6 embarque une batterie de 1810 mAh fonctionnant en 3,82V, (soit 6,91 Wh), l'iPhone 5s dispose quant à lui d'un accumulateur de 1560 mAh (soit 5,92 Wh)
I.3 Energie et puissance
.II Groupe électrogène
L’alternateur est entraîné par un moteur thermique
.III Eoliennes
L’alternateur est entraîné par le vent grâce aux pales.
La capacité est à la charge maximale pouvant être fournie par l’accumulateur, ou la pile
L’énergie massique d’une pile se situe entre 100 et 300 Wh/kg ;
L’énergie volumique peut être évaluée de 0,25 à 1,5 Wh / cm3.
� = �.�
�� = �.��
� = �.�
Q en ( Ah) : Quantité d’électricité débitée par le courant
pendant une durée dt :
P : en W : Puissance fournie par le générateur:
W : en (Wh) ou J : Energie W fournie par la pile
1 Wh = 3600 J
Pales
Multiplicateur
Alternateur
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.IV Panneaux solaires
L’énergie solaire est, en réalité, produite par deux types de panneaux
IV.1 Panneaux solaires thermiques :
Ils convertissent le rayonnement solaire en chaleur nécessaire à évaporer l’eau qui entrainera
la turbine d’un alternateur.
IV.2 Panneaux solaires photovoltaïques :
Ils convertissent la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique propre à
certains matériaux appelés semi-conducteurs (silicium cristallin) « L’effet photovoltaïque »
.V Applications :
(Voir manuel d’activités)
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Convertir une tension Ac en une tension Dc
.I Intérêt :
Certain actionneurs « Moteur » fonctionnent en courant continu d’où l’inter de convertir la
tension du réseau AC en tension DC
.II Principe :
II.1 Réalisation pratique :
II.2 Schémas électrique :
……………………….
……………………….
……………………….
……………………….
……………………….
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.III Adapter la tension Réseau
III.1 Principe du transformateur :
III.2 Rapport de transformation
III.3 Puissance apparente
III.4 Symboles :
Transformateur
220 V 50 Hz 12 V 50 Hz
Adapter la tension Ac
� =���
��=
����
U1 : tension primaire
U20 : tension a vide secondaire
N : nombre de spires
S : puissance apparente en V.A
S = U I
S1 = S2 S1 = U1.I1 S2 = U20.I2
Le transformateur est :
Élévateur de tension. Si m>1
Abaisseur de tension Si m
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).sin(.2)( tVtv
).sin(.2)( tVtv
.IV Redresser la tension
Cette fonction est réalisée à l’aide d’un Pont de diodes Graetz
IV.1 Redressement simple alternance
IV.2 Valeur moyenne :
IV.3 Redressement double alternance
IV.4 Valeur moyenne :
IV.5 Symboles :
Redresseur
12 V 50 Hz 12 V Redressée Redresser la tension AC
)(tv V(t) )(tuU(t)
)( tv
)( tu
����� =�
�.� �(�)��
�
�
=�
�.� �.√�.���(��) .��
�/�
�
Diodes Alternance positive Alternance négative
D1 ............................ ............................ D2 ............................ ............................ D3 ............................ ............................ D4 ............................ ............................
Compléter par passante ou bloquée
����� =�.√�
�
Us moy
)( tv
)( tu
)( tv)( tu
����� =�.�.√�
�
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.V Filtrer la tension redressée
Cette fonction est réalisée à l’aide d’un condensateur
V.1 Principe :
Le condensateur en se chargeant et en se déchargeant diminue l’ondulation du signal
redressé
V.2 Symbole :
V.3 Capacité C pour un taux d’ondulation T
La qualité du filtrage est définie par le taux d’ondulation T Le signal est meilleur si la valeur C est suffisamment grande.
.VI Application : (Voir Manuel d’activités)
Calculer la valeur du condensateur de filtrage pour une alimentation devant fournir au minimum 12V. I=1A, Taux d'ondulation =10%
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
C= �.∆�
∆�
∆U : Tension aux bornes du condensateur
∆t : Temps de décharge (environ 8ms)
I : Courant débité par le redresseur
C : Capacité du condensateur
∆U/Umax : Taux d'ondulation (en %)
Filtrer la tension redressée
Filtre
Tension Redressée
Tension Filtrée
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.VII Réguler la tension filtrée
VII.1 Fonction du régulateur
VII.2 Schéma électrique :
Le 7812 maintien la sortie a 12 V
Le 7815 maintien la sortie a 15 V
.VIII Lisser le courant
Cette fonction est réalisée à l’aide d’une bobine L.
.IX Stabiliser la tension par diode Zener
Régulateur
Tension filtrée
Tension Continue
Réguler la tension
La diode Zéner devienne passante dans le sens inverse à partir d'une tension dite zéner qui ne
varie plus à ses bornes.
C’est un composant électronique à base de semi conducteur qui permet de de tension qui
maintenir constante la tension de sortie
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Isoler et protéger une installation électrique
.I Sectionneur
I.1 Fonction:
I.2 Symbole
.II Relais thermique
II.1 Fonction :
II.2 Symbole
Sectionneur
Installation sous tension
Installation hors tension
Isoler (mettre hors tension) une installation électrique
Relais thermique
Installation non protégée
Installation protégée
Protéger contre Contre les
surcharges et coupures de phase
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.III Disjoncteur
III.1 Fonction :
III.2 Symboles
.IV Fusibles
IV.1 Fonction :
IV.2 Symbole électrique
.V Application et Exercices
(Voir manuel d’activités)
Disjoncteur
Installation non protégée
Installation protégée
Protéger contre les incidents de
surcharge ou court-circuit.
Fusibles
Installation non protégée
Installation protégée
Protéger contre les incidents de
surcharge ou court-circuit.
Sectionneur disjoncteur
contacteur intégrés
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Alimenter en Energie Pneumatique
.I Production de l'énergie pneumatique
I.1 Installation pneumatique industrielle
I.2 compresseuer
2.1 Symbole :
2.2 Principe :
……………………………………………………………………
Energie mécanique
Compresseur
Energie Pneumatique
La source de cette énergie est l’air comprimé par un compresseur et stocké dans un réservoir Accumulateur.
Reservoir Accumulateur
Compresseur
Groupe de conditionnement
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.II Groupe de Conditionnement
II.1 Fonction :
Trois fonctions de base sont nécessaires pour assurer le bon traitement de l’air
II.2 Symbole normalisé
.III Grandeurs Physiques
III.1 Pression
La force mécanique produite par l’énergie pneumatique est liée à la pression par la relation : III.2 Débit :
C’est le volume du fluide, qui s'écoule au droit d'une section, pendant l'unité de temps en m3/s.
.IV Applications et Exercices
(Voir Manuel d’activité)
Q = V .S
F : Force résultante en N
P : Pression en Pascals (Pa)
S : Surface en m2
V : Vitesse en m/s
Q : Débit en m3/s
1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 Pa = 1 daN/cm2 1 bar = 105 N/m2
Composant Filtre Régulateur de pression
Lubrificateur
Symbole
Fonction Filtrer : éliminer les impuretés et l’eau condensée
Adapter la pression
Lubrifier : (à l’aide d’une huile de lubrification)
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Distribuer :
.I Présentation :
.II Situation
Distribuer l’énergie électrique :
Deux possibilités peuvent être envisagées : Distribuer l’énergie électrique en
Distribuer l’énergie
Ordre de la chaine d’information ou PC
Pré actionneurs
Energie distribuée vers les actionneurs
Energie disponible
Chaine d’Energie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Contacteurs
Relais
Variateurs de vitesse
Distributeurs
1 : TOR
Tout ou rien Le flux d'énergie existe
ou n'existe pas
Contacteurs Relais électromagnétiques Relais statiques
2 : Modulation de l’énergie
L’énergie est distribuée de façon graduelle
Redresseur commandé Gradateur Onduleur Hacheur Variateurs de vitesse
La fonction « distributeur l’énergie » est assurée par des constituants de la chaine d’énergie
appelés : Pré actionneurs
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.I Contacteurs (courant fort)
I.1 Fonction
I.2 Principe :
I.3 Symbole normalisé :
I.4 Contacts auxiliaires de commande
NO : Normalement Ouvert NF : Normalement Fermé Contact Inverseur
Contact (NO) temporisé au travail
Bobine équipée d’un bloc temporisé au travail Contact (NF) temporisé au repos
Bobine équipée d’un bloc temporisé au repos
Associés aux actionneurs électriques de puissance, principalement les moteurs les
contacteurs sont aptes à commander de forts courants. Le contacteur dispose d’un
pouvoir de coupure
Circuit de puissance Circuit de commande
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I.5 Exemple d’utilisation :
5.1 Cablage d’un moteur asynchrone triphasé
H2
H1
Disjoncteurs
Contacteur
Sectionneur
Moteur
Relais thermique
Arrêt d’urgence
Bouton d’Arrêt
Bouton de marche
Transformateur
Signalisation : Présence tension :
Signalisation : Disfonctionnement
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5.2 Schéma électrique
Identifier le nom des composants sur le schéma : I.6 Fonctionnement
Une impulsion sur S3 enclenche KM1 qui s’autoalimente (par son contact auxiliaire Km1). Le moteur tourne. Une impulsion sur S2 provoque l’arrêt. Le moteur s’arrête
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
………………………………
……………………………………
Circuit de puissance Circuit de commande
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.II Relais (Courant faible)
II.1 Relais électromagnétique
1.1 Principe
1.2 Symbole
1.3 Commande par transistor
Rappel : le transistor
Transistor Bloqué Transistor Saturé
Le transistor T permet de réaliser un interrupteur commandé par un courant ou une tension.
La diode D permet de protéger le transistor contre la surtension, due à la charge inductive de la bobine KA »lors de l’ouverture du circuit « T Bloqué »
Ils permettent de commander un circuit de puissance à partir d’un circuit de commande.
Il sert également à commander plusieurs organes simultanément grâce à ses multiples
contacts synchronisés.
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.III Relais statique
1.1 Principe
Le contact est assuré par la conduction d'un triac piloté par optocoupleur pour garantir
l'isolement électrique entre commande et puissance :
1.2 Avantages :
.IV Applications :
(Voir manuel d’activité)
Durée de vie illimitée 50 fois supérieure à celle d’un relais électromécanique.
Fréquence de commutation élevée (jusqu'à 80 fois par seconde)
Fonctionnement silencieux
Compatibilité avec les environnements sévères
faible puissance de commande
l’enclenchement au zéro de tension et l’arrêt au zéro de courant limitera
considérablement les émissions électromagnétiques du relais statique.
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Distribuer en Modulation de l’énergie
.I Fonction :
.II Principe :
.III Types de convertisseur statique
E SYMBOLE S FONCTION APPLICATIONS
AL
TE
RN
AT
IVE
AL
TE
RN
AT
IVE
Gradateur Cyclo-convertisseur
Démarrage des moteurs Variation de vitesse Variation éclairage Fours électriques
CO
NT
INU
E
Redresseur commandé
Récepteurs en continu, Variation de vitesse
CO
NT
INU
E
AL
TE
RN
AT
IVE
Onduleur
Variation de vitesse Alimentation en alternatif (site isolé avec des panneaux solaires ou des batteries)
CO
NT
INU
E
Hacheur variation de vitesse des moteurs à courant continu
Distribuer l’énergie graduellement
Convertisseur statique
Signal d’entré
Signal de sortie variable
Commande
Amplitudes, fréquences, phases.
Un modulateur d'énergie est un montage utilisant des interrupteurs électroniques de
puissance permettant, par un séquencement adapté de ces derniers, de faire varier:
La vitesse d'un moteur (continu ou alternatif)
la tension dans une alimentation continue variable
l'éclairage d'une lampe
la température d'un four
………………………
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.IV Interrupteurs utilisés
Les interrupteurs électroniques sont des composants à semi-conducteurs que l'on peut commander. C'est pour cela qu'ils ont 3 bornes IV.1 Symbole général :
Interrupteurs électroniques unidirectionnels IV.2 Transistor
La commutation se fait par injection d'un courant de base ib IV.3 Thyristor
Un thyristor est une diode commandée par une gâchette Pour qu’il soit passant il lui faut une tension VAk positive ET un courant de gâchette IV.4 Triac
Le triac est équivalent à la mise en parallèle de deux thyristors montés tête-bêche. Il peut contrôler le flux de courant sur les deux alternances positive et négative du signal..
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.V Hacheur
Il convertit une tension continue fixe en tension continue variable
V.1 Application :
Varier la vitesse d’un moteur à courant continu
V.2 Schemas de principe :
V.3 Rapport cyclique
V.4 Tension de sortie
V.5 Application :
H est un interrupteur unidirectionnel Quel est le rôle de la diode D ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. Quel est le rôle de la bobine L ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. Sachant que pour L suffisamment grand le courant i est pratiquement constant donner les valeurs des tensions UL, Uc, UM, UD, UH dans les deux états de l’interrupteur H
Etat de H UL Uc UM UD UH
Ouvert Fermé
Ve
Vcc
Vcc
Ve
T
Ton= α.T
Usmoy Toff
α =���.
�
T: Période
f= 1/T : fréquence de hachage
Ton : temps « Interrupteur fermé»
Tof : temps « Interrupteur ouvert»
Ve : signal de commande
Vcc : Alimentation continu Ex 12o V
Le transistor commandé T s'ouvre et se ferme périodiquement suivant le signal Ve
Usmoy = α.VCC
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.VI Redresseur commandé
VI.1 Pont Mixte
Le retard à l'amorçage (α) des thyristors permet de régler la valeur moyenne de la tension Us et donc la vitesse d'un moteur à courant continu par exemple.
D1,D2 : diodes
Th1, Th2 : thyristors
.VII Gradateurs :
VII.1 Gradateur à angle de phase
Il permet d'obtenir une tension alternative variable à partir d'une tension alternative fixe, à l’aide de thyristors ou triac.
Le réglage du retard à l'amorçage (α) permet de régler la valeur de la tension de sortie Us
˷
˷ ˷
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VII.2 Application :
Soit le gradateur ci contre tel que: α =π/2, V réseau 230 V, charge résistive R (180 Ω),
1) Calculer la tension efficace V charge
2) Calculer la puissance P dissipée dans la charge R
Réponse : Us = 162V, P = 145 W VII.3 Gradateur à train d'ondes.
Quand le temps de réaction de la charge est lent, on utilise le gradateur à train d'ondes : Exemple : four électrique industriel
3.1 Schéma de principe :
Identique à l'angle de phase 3.2 La puissance moyenne fournie à la charge :
On laisse passer le courant pendant un nombre n entier de périodes : c’est tc, le temps de
conduction. Ensuite on bloque le gradateur à l’occasion d’un passage à 0, puis on laisse passer
de nouveau pendant le temps tc, etc… Chaque série de n alternances est appelée train
d’onde
tc : temps de conduction réglable en secondes
Tc : période du cycle en secondes
P nominale = U.I.cos ���� = �.��������.
��
��
Us = Ue, pendant tc
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.VIII Onduleur
Les onduleurs convertissent une tension continue fixe en une tension alternative de fréquence fixe ou variable
VIII.1 Schéma de principe
VIII.2 Commande MLI
Pour obtenir une vitesse variable pour un moteur alternatif, l'onduleur fait varier la fréquence
de la tension V :( Le rapport cyclique α = 0,5 donc la valeur moyenne est nulle)
La commande MLI (Modulation largeur d’Imputions) permet d'obtenir une valeur moyenne de
la tension V pratiquement sinusoïdale
Pour obtenir une tension sinusoïdale, il est
nécessaire de filtrer cette tension rectangulaire.
˷
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Distribuer l’énergie Pneumatique et Hydraulique
.I Distributeurs
I.1 Principe :
I.2 Symbole normalisé
Les différents types de distributeurs sont identifiés par le nombre d’orifices et de positions.
Un distributeur est composé principalement d’un corps, d’un tiroir, des orifices d'entrée et
de sortie du fluide ou de l’air et une ou deux commandes de pilotage
Orifices: 1,2,3,4,5
Pilotage ou commande
Positions:
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I.3 Designation des distributeurs
Les distributeurs sont désignés par :
Le nombre d’orifices (compter sur une case)
Le nombre de positions du tiroir (Nombre de case)
Le type de commande : Pilotage
I.4 Repérage des orifices :
1 : orifice d’alimentation en air comprimé,
2 : et 4 orifices d’utilisation,
3 : et 5 orifices d’échappement,
12 : l’orifice de pilotage mettant la voie 1-2 en pression,
14 : orifice de pilotage mettant la voie 1-4 en pression,
10 : orifice de pilotage ne mettant aucune voie en pression.
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I.5 Distributeurs monostables
Le distributeur possède une commande par ressort
(Repérer les orifices)
I.6 Distributeurs bistables
Le distributeur possède deux pilotages de même nature
(Repérer les orifices) I.7 Distributeurs 3 positions
Distributeur monostable Distributeur bistable
2/2
3/2
4/2
5/2
Distributeurs 3 positions
4/3
Centre fermé Centre à l’échappement
5/3
Centre fermé Centre à l’échappement Centre ouvert
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.II Règles de câblage
.III Schéma pneumatique
III.1 Principaux accessoires
1 ….…………..
2 ………………..
3 …….……..….
4 ………………
5 ………………
A connaître par cœur
Représenter les connexions sur une seule case
Pour le 3/2 ou 4/2 l’alimentation se fait par l’orifice de gauche de la case concernée
Représente le distributeur dans la position du pilotage actif sur le schéma.
L’état de la tige du vérin doit être en rapport avec la position du distributeur.
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III.2 Auxiliaires de distribution et canalisation
Composants Symboles Composants Symboles
Réservoir
Alimentation d’air comprimé
Sécheur, déshydrateur
Séparateur manuel (purge)
Lubrificateur
Filtre
Manomètre
Débitmètre
Régulateur de pression
Soupape de sécurité
Vanne
Réducteur de débit
Clapet anti retour
Clapet anti retour avec ressort
Réducteur de débit réglable
Réducteur de débit unidirectionnel réglable
Sélecteur de circuit, fonction OU
Sélecteur à deux entrées, fonction ET
Echappement
Silencieux
Croisement de canalisation
Raccordement de canalisation
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III.3 Exemple de Schémas :
3.1 Pneumatique :
Identifier les elements constituants l’installation
La tige de piston d’un vérin à double effet doit sortir sous l’action manuelle :
D’un bouton poussoir OU D’une pédale.
Après avoir atteint la position de fin de course, la tige du vérin revient à sa position initiale
avec réduction à l’échappement (contrôle la vitesse d’entrée de la tige du vérin) si :
Le bouton poussoir OU la pédale est relâchée.
…………………….
…………………….
…………………….
…………………….
…………………….
……………………. ……………………. …………………….
…………………….
…………………….
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3.2 Technologie électropneumatique
Circuit de puissance Fonctionnement :
La tige complétement rentrée S0 = 1, action sur le bouton poussoir Bp1 provoque la commande du distributeur 4/2 coté YV1 par suite la tige du vérin sort a vitesse rapide puisque l’électrovanne YV2 est commandée par le contact Km Lorsque la tige arrive à la position détectée par S1 la bobine du relais KM n’est plus alimentée et le distributeur 2/2 en position bloquée, la tige du vérin se déplace à vitesse lente jusqu'à S2 qui commande l l’électrovanne YV0 , la tige rentre à vitesse rapide jusqu'à S0
Circuit de commande
Electrovanne
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3.3 Installation hydraulique
III.4 Applications :
Voir Manuel d’activités
Un circuit d’hydraulique industriel est représenté schématiquement par des symboles
conventionnels normalisés.
Un schéma hydraulique représente toujours l’équipement en position repos ou initiale
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CONVERTIR
.I Situation :
Moteur à courant continu
.I Fonction
.II Symbole:
L'objet technique qui réalise la fonction Convertir est appelé Actionneur.
Chaine d’Energie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Moteurs :
Moteur cc
Moteur Asynchrones
Moteur synchrone
Moteur Pas à Pas
Electroaimant
Pompes hydrauliques
Moteurs hydrauliques
Compresseurs
Générateurs de vide
Energie électrique
Hydraulique et pneumatique
Convertir l'Energie Electrique en
Energie Mécanique
Moteurs CC
U.I C.ω
Pertes
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.III Constitution:
La machine à courant continu estconstituée de trois parties principales :
.IV Types de moteurs CC
Moteur à aimant Moteur à excitation parallèle Moteur à excitation série .V Principe
.VI Modèle équivalent du moteur à courant continu
U = E+ I R
Collecteur :
Stator : Aimant ou ectroaimant
Rotor :
U = E+ I R Ue = Ie r
Pour moteur à stator bobiné
Dans chaque spire alimentée et placée dans le champs
magnétique de l’induit, se crée une force électromotrice.
La somme de toutes les forces électromotrices des spires Notée : E
est proportionnelle à la vitesse de rotation :
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.VII Relations fondamentales
VII.1 Couple
VII.2 Vitesse angulaire
.VIII Variation de la vitesse du moteur
.
.IX Sens de rotation d'u Moteur CC
la vitesse N(tr/min) d'un moteur cc est proportionnelle à la force electromotrice E, par suite à
la tension à ses bornes, d’où l’utilisation d’un hacheurs pour varier sa vitesse
R : Résistance interne des conducteurs (Induit : Rotor)
E : Force électromotrice
U : Tension d’alimentation
I : Courant dans l’induit
Ie : Courant d’excitation Inducteur « stator »
Ke (en V/rd/s) constante de vitesse
Ke’ (en V/tr/min) constante de vitesse
Kc (N.m/A) constante de couple
N (tr/min) vitesse de rotation
U = E+ I R Ue = Ie r
C = kc.I
E = ke.� E = ke’.N
Us = α Ue
Us = E+ I R
E = ke’.N
Us
Inverser le sens de rotation d’un moteur cc, revient à Inverser la polarité de sa tension
d’alimentation
Le pont H à 4 transistors permet de commander le moteur cc dans 2 sens de rotation avec
possibilité de contrôler sa vitesse «Fonctionnement Hacheur ».
T1 et T2
T3 et T4
Sens 1
Sens 2
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.X Bilon des Puissances et rendement
1.1 Puissance utile
C'est la puissance mécanique produite par le moteur pour entraîner la charge : 1.2 Puissance absorbée
C'est la puissance électrique absorbée par le moteur pour entraîner la charge :
Moteur à aimant Moteur à électroaimant
1.3 Puissance de Pertes
Pertes joule Pertes constantes : Pc mesurées à vide (mécanique due au frottement et magnétique dans le fer) 1.4 rendement
.XI Applications:
XI.1 Série d’exercices :
Voir manuel d’activité
Pu = C.ω
Pa = U.I
Pa = U.I + Ue.Ie
P= R.Im2 P= R.Im2 + re.Ie2
� = ��
��
La plaque signalétique d'un moteur à courant continu indique :
Pu = 36,3 kW, N = 1150 tr/min U = 440V, I = 95,5A
Calculer le couple utile, la puissance absorbée et le rendement.
Réponse : Cu = 301,4 Nm Pa= 42 kW Rendement =86%
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Moteurs asynchrones triphasés
.I Principe et Symboles
.II Constitution: moteur asynchrone triphasé
Stator:enroulement ou bobinage relié au réseau.
Rotor: enroulement induit, en général en court-circuit (cage d’écureuil) ou à rotor
bobiné
Ce type de moteur est couramment utilisé dans l’industrie en raison de sa robustesse, de sa
fiabilité et de son faible coût.
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.III Caractéristiques
III.1 Vitesse de Rotation
a Vitesse statorique (champ tournant)
b Vitesse Rotorique (Arbre Moteur)
III.2 Bilan des Puissances:
2.1 Puissance Absorbé
a Moteurs asynchrone triphasé
b Moteurs asynchrone monophasé
2.2 Puissance Utile
2.3 Rendement :
�� =��.�
�
Ns: Tour/min
f: Hz
p: Nombre de pairs de pôles.
N: Tour/min
g : Glissement en : %
� = ��(1 − �)
g:=Ns − N
Ns
�� = √�.�.�.���∅
�� = �.�.���∅
�� = �.� � =�.�.�
��.
ղ =��
��.
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III.3 Commande du sens de rotation des moteurs
KM1 fermé KM2 fermé
Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il suffit d’intervertir deux phases.
Un verrouillage mécanique évite la fermeture des deux contacteurs KM1 et KM2 simultanément.
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.IV démarrage des Moteurs Asynchrones
IV.1 Démarrage direct :
Le démarrage direct est utilisé pour les moteurs de petites puissances inférieures à 5 kW
1.1 Schémas
1.2 Chronogramme
Circuit de Puissance Circuit de Commande
Q1: Sectionneur KM1: Contacteur F1: Relais Thermique S2: Bouton « marche » S1: Bouton «d’arrêt»
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IV.2 Démarrage ETOILE TRIANGLE
Le démarrage s’effectue en deux temps Vitesse lente : Couplage étoile : Contacteurs KM1 et KM3 actifs
Vitesse rapide : Couplage triangle : Contacteurs KM1 et KM4 actifs
Le bloc temporisé KM1 et ces contacts associés Km1-2 et Km1-3 se chargent de la commande des contacteurs KM3 et KM4.
2.1 Schémas
2.2 Chronogramme
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2.3 Réalisation pratique
Commande d’un moteur asynchrone triphasé deux vitesse un seul sens de rotation
Fonctionnement :
(Voir cours sur les moteurs asynchrones sur ce manuel)
Disjoncteur
Contacteurs
Moteur Circuit de
commande
Bloc temporisé
Circuit de puissance
Sectionneur
1) Impulsion sur PB START: les contacteurs K1 et K3 s’enclenchent le moteur démarre à vitesse lente
et le bloc temporisé est actif
2) Relâchement de PB START le moteur demeure en marche à vitesse lente le bloc temporisé est actif
3) Apres le temps T réglé sur le bloc temporisé le contacteur K3 se déclenche K2 s’enclenche le
moteur tourne à vitesse rapide
4) Impulsion sur PB STOP les contacteurs K1 et K2 se déclenchent et le moteur s’arrête
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Moteur pas à pas
.I Introduction
.II Symbole :
.III Constitution
Le moteur pas à pas est un moteur qui tourne en fonction des impulsions électriques reçues dans
ses bobinages. L'angle de rotation minimal entre deux modifications des impulsions électriques
s'appelle un Pas.
Stator : plusieurs bobines.
Rotor : aimants permanents.
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.IV Principe de fonctionnement:
Moteur 4 Pas Le passage d'un courant, successivement dans chaque bobinage, fait tourner le rotor d’un Pas. Pas N :1 Pas N :2 Pas N :3 Pas N :4
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Vérins Pneumatiques
.I Fonction
.II Constitution
Convertir l’énergie
Energie : Pneumatique Hydraulique
Vérins
Energie mécanique
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.III Types de verins :
III.1 Le vérin simple effet
1.1 Symbole :
1.2 Constitution :
III.2 Le vérin double effet
2.1 Symbole :
Tige simple Avec amortissement 2.2 Constitution
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III.3 vérins spéciaux
3.1 Vérin Rotatif
L’énergie du fluide est transformée en mouvement de rotation ; L’angle de rotation peut varier entre 90 et 360°
3.2 Vérin à tige télescopique
il permet des courses importantes tout en conservant une longueur repliée raisonnable.
3.3 Multiplicateur de pression
Il permet à partir d’une pression d’air (P en X), d’obtenir un débit d’huile à une pression plus élevée (P en Y : 10 à 20 fois plus élevée que P en X)
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.IV Détermination d'un vérin
IV.1 course d’un verinn :
longueur du déplacement à assurer
IV.2 Efforts théoriques fournit par le vérin
IV.3 Efforts réels pour soulever une charge
IV.4 Vitesse d’un vérin
IV.5 Puissance utile d’un vérin
IV.6 Puissance absorbée (hydraulique) :
Fr= T.Fth
Fth= poussée théorique (daN) S = surface utile du piston (cm²) p = pression de service (bar)
T : Taux de charge en %
V : vitesse (en m/s)
Q : débit volumique (en m3/s)
S : Surface (en m2)
PU : en Watt
F : en N
PA : en Watt
Q : en m/s
P pression en Pascal Pa
V : Vitesse en m/s
PU= P.V
PA= Q.P
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.V Réglage de la vitesse
Régulateur de débit unidirectionnel RDU
.VI Application :
VI.1 Voir manuel d’activite
VI.2 Exercice
Soit le verin hydraulique ci contre
Calculer 1) la valeur de la vitesse moyenne v de sortie du vérin (résultat arrondi à 0,01 m/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 2) la valeur de la section S du piston (m²) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 3) la valeur du débit moyen Q de l’huile pendant la sortie de la tige (m3/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 4) la puissance hydraulique P nécessaire (watts). ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Débit maximum Débit réduit