499 essais systemes bts elec@@

BTS LECTROTECHNIQUE

Les systmes techniques industriels

Cohsion des enseignements de gnie lectrique, sciences appliques et construction mcanique en

essais de systmes

Sommaire : Introduction

Horaires et thmes dtude des essais de systmes Planning de rpartition des thmes dtude en 1re anne

Thme N1 : Mise en service dun ouvrage, dun systme ou dun quipement

Exemple de trame des sujets Exemples de systmes supports dtudes Exemple de sujet : Mise en service dun malaxeur de produits dcoratifs

Questionnement possible sur ce thme Thme N2 : La distribution de lnergie lectrique

Exemple de trame des sujets Exemples de systmes supports dtudes Exemple de sujet : Vrification dune table multi sources

Questionnement possible sur ce thme Thme N3 : Comportement des charges mcaniques

Exemple de trame des sujets Exemple de systmes supports dtudes Exemple de sujet : tude du comportement mcanique dun transstockeur

Questionnement possible sur ce thme Thme N4 : Les diffrents procds de transformation de lnergie

Exemple de trame des sujets Exemples de systmes supports dtudes Exemple de sujet : tude dune gaine de ventilation motorise

Questionnement possible sur ce thme Thme N5 : La rversibilit nergtique

Exemple de trame des sujets Exemples de systmes supports dtudes Exemple de sujet : Le stockage inertiel

Questionnement possible sur ce thme Thme N6 : Dimensionnement nergtique dans les systmes autonomes et embarqus

Exemple de trame des sujets Exemples de systmes supports dtudes Exemples de sujet : Vlo assistance lectrique

Questionnement possible sur ce thme

Essais de systmes en BTS lectrotechnique 2 / 39

Introduction Les essais de systmes ont pour objectifs, par une approche simultane, de mettre en cohrence tous les enseignements professionnels. Les composantes du gnie lectrique, des sciences appliques et de la construction applique llectrotechnique sont intimement lies dans la construction de tous systmes. Un systme est une rponse faite aux multiples questions qui se posent lors de sa conception. Chaque composante apporte un ensemble de rponses complmentaires afin que le systme rponde au mieux lusage pour lequel il doit tre construit. Approche Sciences appliques

- Quelles sont les lois physiques impliques dans un procd - Quelles sont les diffrentes formes dnergies incluses dans un systme - Quelles sont les diffrentes transformations dnergie appliquer - Quelles sont les informations ncessaires au bon fonctionnement dun systme - Quels sont les besoins nergtiques dun systme

Approche gnie lectrique

- A quelle fonction dusage doit rpondre le systme - Quelles sont les solutions technologiques existantes pour rpondre un problme - Quelle est la solution la mieux adapte dans un contexte technicoconomique - Comment rgler un systme pour obtenir des performances optimums relativement

des critres de rentabilit Approche Construction applique llectrotechnique

- Quelles sont les solutions constructives possibles vis--vis dun problme pos - Comment sont agences les solutions entre elles - Quels sont les matriaux employs et leur impact sur lenvironnement - Comment peuvent se recycler les diffrents lments du systme - Quelles sont les volutions possibles en matire dco construction

Par une pdagogie inductive, les essais de systmes doivent permettre aux tudiants danalyser un systme existant pour en extraire les rponses faites aux questions poses lors de sa conception. Par un accroissement progressif de leurs connaissances, les tudiants volueront vers plus dautonomie afin de pouvoir mener une analyse critique dun systme existant puis en apportant eux mme une solution un problme donn. Sans distinction des matires denseignement, les solutions proposes rsulteront dune synthse des connaissances acquises dans tous les domaines professionnels


Horaires et thmes dtude des essais de systmes Les essais de systmes se droulent classe entire sous la responsabilit dun enseignant de gnie lectrique et dun enseignant de sciences appliques. La dure dune sance hebdomadaire est de 4h en 1re anne et de 6h en 2me anne. Afin de mettre laccent sur des points particuliers, 10 thmes spcifiques sont traits lors des deux annes denseignements

Dure N Thmes de 1re anne Dure N Thmes de 2me anne 2

semaines 7 La qualit de lnergie lectrique

2 semaines 8 La gestion des cots

5 semaines 1

Mise en service dun ouvrage, dun systme ou dun

quipement

4 semaines 9 Asservissement et rgulation

5 semaines 2

La distribution de lnergie lectrique

4 semaines 10 Les quipements communicants

5 semaines 3

Comportement des charges mcaniques

4 semaines Stage de technicien

5 semaines 4

Les diffrents procds de transformation de lnergie

5 semaines 5 La rversibilit nergtique

12 semaines Projet technique industriel

5 semaines 6

Dimensionnement nergtique dans les systmes autonomes

et embarqus 2 semaines

Prparation des valuations ponctuelles

Les 5 semaines alloues chaque thme en 1re anne ont pour objectif la rsolution dun problme semblable dans des contextes diffrents et ltude des solutions adaptes mises en uvre. Chaque tudiant doit pouvoir se construire une bibliothque de solutions technologiques en regard des problmes rencontrs afin de pouvoir lutiliser lors des phases dtude et de conception comme dans lpreuve dtude dun systme industriel ou dans le projet technique industriel. Les thmes de 2me anne sont plus axs sur les rglages et sur laspect conomique des systmes.


Planning et rpartition des thmes en 1re anne

Groupe 1 Groupe 2

S1 4 essais de systmes en rotation 4 essais de systmes en rotation

S2

S3

S4

Thme N1 : Mise en service dun ouvrage, dun systme

ou dun quipement

Thme N2 : La distribution de lnergie lectrique

S5 Synthse du thme N1 Synthse du thme N2


S7

S8

S9

Thme N2 : La distribution de lnergie lectrique

Thme N1 : Mise en service dun ouvrage, dun systme

ou dun quipement



S12

S13

S14

Thme N3 : Comportement des charges mcaniques

Thme N4 : Les diffrents procds de transformation

de lnergie



S17

S18

S19

Thme N4 : Les diffrents procds de transformation

de lnergie

Thme N3 : Comportement des charges mcaniques



S22

S23

S24

Thme N5 : La rversibilit nergtique

Thme N6 : Dimensionnement nergtique dans les

systmes autonomes et embarqus



S27

S28

S29

Thme N6 : Dimensionnement nergtique dans les

systmes autonomes et embarqus




Mthode pdagogique applique

spondent une analyse mthodologique des systmes en

nt

nnent plus dinitiative aux tudiants. Ils pourront ici faire une analyse critique

valuation nce fait lobjet dun compte rendu crit not. Les critres de notation sont la qualit de

pe formative se fait oralement pendant les sances 3 et 4. Elle

tudiant les rles changent dans une mme sance ou

ynthse de synthse se fait par demi-classe la fin de chaque thme. Elle permet de faire le

nthse

xemple de planning de rotation dune classe de 24 tudiants sur les 10 premires sances.

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

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nnent plus dinitiative aux tudiants. Ils pourront ici faire une analyse critique

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pe formative se fait oralement pendant les sances 3 et 4. Elle

tudiant les rles changent dans une mme sance ou

ynthse de synthse se fait par demi-classe la fin de chaque thme. Elle permet de faire le

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xemple de planning de rotation dune classe de 24 tudiants sur les 10 premires sances.

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

Phase de structuration desconnaissances Phase dapplication Synthse

Sance 1 Sance 2 Sance 3 Sance 4 Sance 5

Prparation orale

Les deux premires sances correrapport avec le thme tudi. Les tudiants mettent profit les connaissances acquises dans lensemble des matires pour formaliser toutes les informations relatives au thme tudi. Duraces deux sances, les enseignants aident la structuration des connaissances et la mise en place des mthodes. Les sances 3 et 4 do

au thme tudi. Duraces deux sances, les enseignants aident la structuration des connaissances et la mise en place des mthodes. Les sances 3 et 4 doet proposer des solutions damlioration du systme. Ils appliquent les formalismes mis en place lors des sances 1 et 2. Les enseignants vrifient par un questionnement lacquisition des mthodes.

et proposer des solutions damlioration du systme. Ils appliquent les formalismes mis en place lors des sances 1 et 2. Les enseignants vrifient par un questionnement lacquisition des mthodes. Chaque saChaque salanalyse, la prcision des informations donnes, la bonne utilisation des moyens et la formalisation des informations. Une valuation individuelle de ty

lanalyse, la prcision des informations donnes, la bonne utilisation des moyens et la formalisation des informations. Une valuation individuelle de typrend en compte les rponses aux questions, laptitude faire des mesures sur un systme, lanalyse critique des rsultats obtenus. Il est indispensable que sur un groupe d

prend en compte les rponses aux questions, laptitude faire des mesures sur un systme, lanalyse critique des rsultats obtenus. Il est indispensable que sur un groupe ddune sance sur lautre afin de donner une part individuelle la notation. dune sance sur lautre afin de donner une part individuelle la notation. SSLa sanceLa sancepoint et finaliser les mthodes et solutions vues durant les quatre sances prcdentes. Les tudiants prsentent par groupe de 2 ou trois, un diaporama sur le travail ralis durant la quatrime sance. Les enseignants sappuient sur ce travail pour construire une fiche de sycomportant lessentiel retenir sur le thme tudi.

point et finaliser les mthodes et solutions vues durant les quatre sances prcdentes. Les tudiants prsentent par groupe de 2 ou trois, un diaporama sur le travail ralis durant la quatrime sance. Les enseignants sappuient sur ce travail pour construire une fiche de sycomportant lessentiel retenir sur le thme tudi. EE

Gr1 T1_1 T1_2 T1_3 T1_4 T2_1 T2_2 T2_3 T2_4 Gr2 T1_2 T1_3 T1_4 T1_1 T2_2 T2_3 T2_4 T2_1 Gr3 T1_3 T1_4 T1_1 T1_2 T2_3 T2_4 T2_1 T2_2 Gr4 T1_4 T1_1 T1_2 T1_3

synthse synthse

T2_4 T2_1 T2_2 T2_3 Gr5 T2_1 T2_2 T2_3 T2_4 T1_1 T1_2 T1_3 T1_4 Gr6 T2_2 T2_3 T2_4 T2_1 T1_2 T1_3 T1_4 T1_1 Gr7 T2_3 T2_4 T2_1 T2_2 T1_3 T1_4 T1_1 T1_2 Gr8 T2_4 T2_1 T2_2 T2_3

synthse synthse

T1_4 T1_1 T1_2 T1_3 T T t yx_y : hme N x, suje


Thme N1 : Mise en service dun ouvrage, dun systme ou dun quipement Exemple de trame des sujets. Les diffrents essais de systmes de ce thme ont une architecture commune qui sarticule autour de 3 parties : 1. Technologie, fonction assure, identification

Dfinition de la fonction ralise par le systme. Lecture et exploitation des plaques signaltiques des actionneurs du systme. Lecture des schmas (lectriques, mcaniques, gographique). Identification de la chane de scurit, valuation des risques. Ralisation dun inventaire des constituants (capteurs, actionneurs, practionneurs,

modulateur.) en dfinissant leurs principales caractristiques. 2. Procdures

criture de la procdure de mise en service. Recherche des diffrents modes de marche. Reprsentation de lquipement ou linstallation sous forme dun synoptique. Reprsentation dune chane cinmatique en liaison avec le cours de construction.

3. Mesurages

Raliser la mise sous tension avec la procdure tablie prcdemment. crire une procdure dintervention ou de mesurage. Choisir et utiliser les bons appareils de mesure. valuer ou avoir une ide du rsultat attendu afin de fixer les limites ne pas

dpasser. Exemples de systmes supports dtudes

Systme de levage Systme de traction ferroviaire Axe de transfert Systme de chauffage par induction Systme de chauffage de locaux par ventilo gaine Malaxeur de produits dcoratifs


Exemple de sujet dessais de systmes relatif au thme N1

Essais de systmes

Thme 1 : Mise en service dun ouvrage, dun systme ou dun quipement

Mise en service dun malaxeur de produits dcoratifs 1. Rle du malaxeur Ce malaxeur permet de mlanger des produits de dcoration comme de la pte papier sous forme pteuse avec un colorant. Afin de ramollir le produit, le bac est chauff pendant le malaxage. 2. tude fonctionnelle et matrielle de la machine Le but de cette partie est dexpliquer le fonctionnement du mlangeur une personne qui ne la jamais vu.

2.1. Fonction dusage Donner une dfinition de la fonction malaxage . Donner des exemples dapplications o lon rencontre des malaxeurs.

2.2. Inventaire Faire linventaire des actionneurs prsents sur la machine et prciser pour chacun deux

leurs caractristiques principales. Faire linventaire des capteurs prsents sur la machine et prciser pour chacun deux le

mode de dtection utilis Faire linventaire des organes de scurit prsents sur la machine et prciser pour chacun

deux le type de protection associ. Faire linventaire des practionneurs associs aux actionneurs et prciser pour chacun

deux leurs caractristiques principales. 2.3. Synoptique Reprsenter un synoptique matriel de la partie oprative en faisant apparatre les

fonctions mcaniques, les actionneurs et les liens entre eux. Reprsenter un synoptique matriel de la partie commande en faisant apparatre les

organes de commande et les liaisons lectriques principales.

2.4. tude des schmas lectriques Rechercher dans le dossier, puis reprsenter la partie du schma de commande qui

permet la mise sous tension de la machine. Prciser les conditions ncessaires la mise sous tension de la machine.


3. tude du fonctionnement temporel de la machine

partir des schmas et des informations prsentent dans le dossier, donner la procdure

de mise en marche de la machine. Donner la procdure darrt de la machine. En cas de dclenchement dune scurit durant le malaxage, donner la procdure pour

redmarrer la machine. 4. Mise sous tension et mesures

4.1. Mesures disolation Cette tche est raliser par llve N1 en prsence du professeur. Conditions de mesure : Larmoire est ouverte et sous tension, lcran makrolon est absent. Travail raliser : Mesurer les rsistances disolation entre les rsistances de chauffage et la carcasse laide du contrleur de machine CA6121. Le reste de la machine doit rester sous tension.

Citer les 4 oprations ncessaires la consignation dun appareil. Prciser les diffrentes oprations raliser pour effectuer les mesures disolation. En prsence du professeur, effectuer les mesures.

4.2. Mesures des rsistances de chauffage

Cette tche est raliser par llve N2 en prsence du professeur. Conditions de mesure : Larmoire est ouverte et sous tension, lcran makrolon est absent. Travail raliser : Mesurer la valeur des rsistances de chauffage entre phases puis entre phase et neutre. Le reste de la machine doit rester sous tension.

Prciser les diffrentes oprations raliser pour effectuer les mesures de rsistances. En prsence du professeur, effectuer les mesures.

4.3. Vrification de la puissance de chauffage

Cette tche est raliser par llve N3 en prsence du professeur. Conditions de mesure Larmoire est ouverte et sous tension, lcran makrolon est absent, le systme est prt tre dmarr.


Travail raliser Mesurer les puissances actives, ractives et apparentes consommes sur chaque phase alimentant le systme de chauffage.

Prciser les diffrentes oprations raliser pour effectuer ces mesures. En prsence du professeur, effectuer les mesures.

4.4. Exploitation des rsultats

Prciser si les valeurs des rsistances disolation sont conformes. partir des mesures de rsistances, donner leur schma de raccordement. partir des mesures effectues, calculer :

- La puissance active et ractive totale consomme par la charge. - Les dphasages 1, 2, 3 entre les courants lignes et les tensions simples. - Dans un plan de Fresnel, reprsenter les vecteurs JJ J JJ J JJJJ JJJ

1, 2, 3, 12, 23, 31, 1, 2, 3, V V V U U U I I I InG JG G JJJG G JG JJG JJG JJG JJG

- Sachant que le systme de chauffage nest compos que de rsistances, rechercher le schma de raccordement de ces rsistances ainsi que leurs valeurs (expliquer votre mthode).


- Exploitations des informations sur les plaques signaltiques - Principes de fonctionnement et technologie des diffrents constituants - Identification des lments par rapport aux schmas - Lecture des schmas, analyse du fonctionnement - Analyse des risques, moyens de protection - Droulement dune tche au voisinage de la tension, habilitations - Explications dune procdure de mesurage - Choix des appareils de mesure, rglage, raccordement - Cohrence des mesures, analyse des rsultats


Thme N2 : La distribution de lnergie lectrique Exemple de trame des sujets. Les diffrents essais de systmes de ce thme ont une architecture commune qui sarticule autour de 3 parties : 1. Technologie, identification, conduite des rseaux

Lecture dun schma lectrique Identification des lments et de leurs caractristiques Technologie des matriels de protection (disjoncteur magnto thermique,

diffrentiel, fusible) Coordination, rglage des appareils de protection Les diffrents modes de conduite des installations lectriques

2. Procdures et vrification

criture dune procdure dintervention sur une installation lectrique Suivi dune procdure de vrification dun quipement ou dune installation

lectrique 3. Mesurages

Raliser la vrification dune installation selon une procdure tablie. Mesurer les grandeurs lectriques sur une installation (tension, courant, puissance). Choisir les mthodes de mesures appropries Vrifier et rgler les appareils de protection du matriel Vrifier et rgler les appareils de protection des personnes Vrifier la slectivit des appareils de protection Vrifier les points chauds dune installation

Exemples de supports dtudes

Alimentation normal / secours avec groupe tournant. Circuits prioritaires et dlestage. Distribution lectrique dun atelier. Coffret de distribution basse tension Table dessais multi sources Poste de transformation pour lotage Systme de compensation dnergie ractive Production dnergie. Protection des sources, rpartition des puissances.


Exemple de sujet dessais de systmes relatif au thme N2

Essais de systmes

Thme 2 : La distribution de lnergie lectrique

Vrification dune table dessais multi sources

1. Prsentation Au regard de la norme, NF-C15-100 et de la EN 60204, toutes installations lectriques et toutes machines doivent tre vrifie avant sa mise en service. Lobjectif de cet essai est de rceptionner et vrifier la conformit dune table dessais puis de raliser un compte rendu. 2. Rception de la table Points 1 5 de la premire mise en service

o En vous aidant du document premire mise en service de la NF C15-100 chapitre 61 , procder la vrification des points 1 5.

Point 6 o Vrifier les rsistances disolement de la table avec le contrleur machine CA6121.

Point 7 o Analyser le schma lectrique et lister les transformateurs utiliss dans cette table. o Prciser lesquels dentre eux sont concerns par ce point de la norme et raliser

ventuellement les mesures sur ceux-ci. Point 8

o Lister les appareils assurant la protection des personnes et relever leur calibre. o Lister tous les appareils assurant la protection du matriel et relever leur calibre

Points 9 14 o Terminer la rception en effectuant les derniers points de contrle.

Raliser un compte rendu de rception 3. Analyse approfondie de la protection des personnes On considre une charge raccorde sur la sortie 230V DC variable 20A. Cette charge a une carcasse mtallique relie une borne de terre. Reprsenter le schma de ce raccordement en faisant apparatre :

- Le transformateur du lyce et son raccordement la terre (SLT TT) - Le disjoncteur du plateau technique alimentant la salle dessais - Le disjoncteur de la salle dessais alimentant la table dessais - Tous les lments de puissance de la table dessais, de lalimentation jusqu' la charge

concerne. - La charge concerne.


Un dfaut franc se produit entre la borne de la charge et la carcasse Reprsenter sur le schma prcdent la maille de circulation du courant de dfaut Quelle allure aura ce courant de dfaut Calculer sa valeur efficace si la rsistance de la prise de terre du neutre Rn vaut 5

et celle des masses Ru vaut 30 Prciser les appareils qui seront sollicits par ce courant de dfaut. Lutilisateur court-il un risque ?

4. Essais de validation 4.1. Vrification de la protection du matriel

Dfinir les caractristiques dune charge rsistive triphase permettant dobtenir un courant de 18A sur la sortie 400V ~ variable.

Raccorder cette charge et mesurer pour une tension de 400V, le temps de dclenchement des appareils de protection.

Expliquer le rsultat en analysant les courbes de dclenchement des disjoncteurs concerns.

4.2. Vrification de la protection des personnes

laide de lappareil de test des diffrentiels, vrifier pour un courant de dfaut de 10mA, 30mA, 150mA et 300mA quels sont les appareils qui dclenchent.

Expliquer ces rsultats en analysant les rglages des diffrentiels situs dans la table dessais, le coffret dalimentation de la salle et dans le coffret de distribution du plateau technique.

Placer une rsistance de 5k entre la borne de la sortie 0-230V DC et la masse. En prsence du professeur et aprs avoir choisi les appareils de mesures, augmenter la

tension jusqu 50V et relever loscilloscope la forme du courant de dfaut ainsi que sa valeur efficace.

Augmenter progressivement la tension et noter pour quelle valeur de courant se produit le dclenchement.

Vrifier si ce courant de dclenchement est conforme et expliquer les diffrences obtenues.


- Rappel des conditions de protections des personnes selon les schmas de liaisons la terre

- Rappel des conditions de protections des matriels. Courbes de dclenchement, slectivit.

- Les diffrents types de dfaut - Technologie des appareils, principe de dtection des dfauts - Lecture des schmas de distribution, reprsentation des symboles normaliss - Structure dun schma afin de raliser la protection des lignes, des charges, des

personnes - Modle quivalent dune ligne, pertes, chute de tension - Explications dune procdure de mesurage - Choix des appareils de mesure, rglage, raccordement - Cohrence des mesures, analyse des rsultats


Premire mise en service d'aprs la NF C15-100 Chapitre 61

-1- - Vrifier que l'armoire est hors tension et hors nergie et consigner l'installation.

-2- - Faire la vrification d'absence de tension (V.A.T.)

-3- - Prendre connaissance des schmas de l'installation.

-4- - Vrifier la couleur et la section des conducteurs d'aprs les documents.

-5- - Vrifier la continuit des conducteurs de protection PE sur toute l'installation.

-6-

- Vrifier les rsistances d'isolement de l'installation : Le contrle s'effectue entre chaque conducteur actif et le PE. Le contrle s'effectue l'aide d'un mgohmmtre ou testeur d'isolement. Le rsultat de la mesure doit tre au minimum de 1000 par volt (soit 230 k pour

un rcepteur aliment sous 230 V et 400 k pour un rcepteur aliment sous 400 V). Le contrle de l'isolement s'effectue en tte d'installation (en aval du sectionneur

gnral de l'armoire du systme) et sur chaque rcepteur de puissance. Cas d'un moteur lectrique :

- s'il est dj raccord et coupl : on se contente de tester l'isolement aux borniers qui alimente le moteur (test entre chaque conducteur et le PE) -s'il n'est pas raccord : on enlve les barrettes de couplage et on teste l'isolement entre chaque enroulement puis entre les enroulements et la carcasse mtallique du moteur.

-7- Vrifier la protection par sparation des circuits : le contrle consiste vrifier l'isolement entre le primaire et le secondaire des transformateurs.

-8-

Vrifier les conditions de protection par coupure automatique de l'alimentation: Protection des personnes : connatre le rgime de neutre et vrifier la prsence et

le rglage des appareils de protection des personnes. Protection des appareils : rgler les disjoncteurs, les protections thermiques et

vrifier les calibres des fusibles.

-9- Contrler le couplage des rcepteurs par rapport la tension d'alimentation.

-10- Ouvrir toutes les protections (disjoncteurs, sectionneurs, porte-fusibles) et coupes- circuits de l'armoire

-11- Contrler la tension d'alimentation de l'installation entre phases puis entre phase et neutre.

-12- - Dconsigner l'armoire.

-13- - Mettre sous tension chaque circuit en respectant la procdure suivante : - Mesurer la tension en amont de l'appareil ouvert. - si la tension est conforme au plan, fermer l'appareil.

-14- - Vrifier le fonctionnement de l'installation dans les diffrents modes de marche et contrler le sens de rotation des moteurs.


Thme N3 : Comportement des charges mcaniques Exemple de trame des sujets. Les diffrents essais de systmes de ce thme ont une architecture commune qui sarticule autour de 3 parties : 1. Identification de la charge mcanique, comportement statique

Reprsentation de la chane cinmatique et dfinition des liaisons mcaniques Dtermination dun couple rsistant partir des grandeurs mcaniques de la charge Dtermination dune vitesse, grandeurs linaires et angulaires Dtermination dune puissance mcanique

2. Analyse du comportement dynamique

Dtermination dune inertie et inertie ramene sur larbre moteur Dtermination des nergies dans un systme linaire et angulaire Choix dun cycle de vitesse, influence sur le couple et la puissance Dtermination dune distance parcourue, dun temps de dmarrage ou de cycle Dtermination dun couple thermique

3. Mesurages

Mesurer la vitesse et le couple de la charge par une mthode directe Dduire par des mesures indirectes, les grandeurs mcaniques de la charge Identifier linertie dun systme Mesurer lchauffement dun moteur Mesurer linfluence de paramtres de rglage sur le comportement dune charge

Exemples de supports dtudes

Vlo assistance au pdalage Axe de transfert Systme de levage Traction ferroviaire Enrouleur drouleur Testeur de courroie Mlangeur de produit


Exemple dessais de systmes relatif au thme N3

Essais de systmes

Thme N3 : Les diffrents procds de transformation de lnergie

ETUDE DU COMPORTEMENT MCANIQUE DUN

TRANSSTOCKEUR

1. Prsentation du systme La socit Argos est la plus grosse chane de vente de dtail de 'produits non alimentaires' du Royaume-Uni. Avec un chiffre d'affaires de 4 milliards, Argos est leader dans le domaine des jouets et de l'lectromnager. Argos est galement leader de la distribution des outils de bricolage, de jardinage et d'accessoires. Import direct :

Rception de produits (depuis les conteneurs) Palettisation automatique des produits rceptionns Stockage automatique de 95 000 palettes Dstockage et entreposage temporaire automatique des envois vers Central

Centre de distribution :

Systme de stockage assur par mini-transstockeur pour 72 000 bacs Systme de distribution de commandes avec 56 stations de travail Systme de regroupement automatique des commandes et systme de gerbage des chariots

2. Systme didactique Le systme didactique comporte un seul axe de dplacement : laxe horizontal X. Il est motoris par une machine courant continu pilote par un variateur de vitesse dont les caractristiques sont prcises dans le dossier votre disposition.

Matires duvre Transformer Dplacer Stocker Information : I Ti Di Si Produit : P Tp Dp Sp Energie : W Tw Dw Sw


3. tude mcanique

3.1. tude dun dplacement Les rglages de laxe sont les suivants :

Potentiomtre vitesse sur la position 5. Potentiomtre rampe sur la position 5. Charge en plus du chariot 10 kg.

Effectuer un relev de la vitesse et du courant dans le moteur sur un cycle aller retour,

puis imprimer le rsultat. Indiquer sur le relev les diffrentes phases de fonctionnement (dplacement droite,

acclration vers la droite, etc) Reprsenter la chane cinmatique en partant du moteur jusqu la charge. Rechercher dans la documentation constructeur les informations techniques suivantes :

o Pas de la crmaillre : o Diamtre primitif du pignon dentranement : o Rapport de rduction du rducteur : o Distance entre les 2 butes de dplacement :

A partir des relevs et des informations techniques, calculer les distances parcourues

pendant chaque phase de fonctionnement. Reprsenter lallure de la position de laxe en fonction du temps en la justifiant pour

chaque phase. Reporter les rsultats des calculs sur le trac prcdent.

3.2. Service type et couple thermique

Rappeler la relation qui lie le couple lectromagntique au courant dans une machine

courant continu. partir des documentations techniques du moteur, prciser son mode dexcitation.

Quelles sont les consquences sur la relation prcdente ? A partir des donnes du constructeur, donner la relation sous forme numrique. A partir du relev prcdent, dessiner lallure du couple moteur en prcisant les valeurs

pour chaque phase. En dduire lallure de la puissance utile fournie par le moteur sur un cycle. Prciser les

valeurs des points caractristiques de ce trac. Pour dterminer le comportement thermique dune machine tournante, la norme CEI 34-1 dfinit des cycles de fonctionnement type class de S1 S10. Quand lapplication ne peut tre classe dans un service type de fonctionnement, on dfinit un couple thermique quivalent.

Rechercher dans le catalogue Leroy Somer la dfinition des services types. Donner littralement la dfinition du couple thermique. Calculer le couple thermique quivalent sur un dplacement. En dduire les critres de choix (couple, vitesse, puissance) pour cette application.


On donne la caractristique du couple en fonction de la vitesse fournie par le constructeur. Tracer sur cette caractristique, le trajet du point de fonctionnement lors dun

dplacement.

3.3. Influence des paramtres de rglage et de la charge. Afin de dterminer linfluence des paramtres de rglage et de la charge sur le moteur, on ralise une srie de mesures selon diffrents cas. 1er cas : Cahier des charges : on impose les rglages suivants :


2me cas : Cahier des charges : on impose les rglages suivants :


3me cas : Cahier des charges : on impose les rglages suivants :


Pour chaque rglage, effectuer un relev de la vitesse et du courant dans le moteur sur un cycle aller retour et imprimer le rsultat.

Sur chaque trac, reprsenter lallure du couple en prcisant sa valeur pour chaque phase.

En dduire le couple quivalent thermique. Relever pour chaque cas le temps total du cycle et le couple maximum du moteur.

A partir de la feuille de calcul des plans dexpriences (L4), complter la matrice

dessais 3 paramtres 2 critres et placer les rsultats de temps de cycle, couple thermique et couple maximum en regard.

Imprimer les graphes dinfluence et en justifiant votre analyse, prciser linfluence des

paramtres et le rglage qui semble le plus adapt.



- Rappeler les conditions de dmarrage dune motorisation (Cmot > C rsistant) - noncer le principe fondamental de la dynamique. - Expliquer linfluence de linertie sur un couple moteur, sur la mise en vitesse ou sur

larrt dun mobile. - Quelle est linfluence du rglage de lacclration sur la dynamique dun systme

On classe les couples rsistants en plusieurs familles suivant leur comportement. Citer lallure des couples rsistants pour les systmes sur lesquels vous avez travaill.

- Rappeler les formules dinertie pour des gomtries simples. - Comment peut-on dterminer exprimentalement linertie dune charge ? - Quel est lintrt dun rducteur mcanique de vitesse sur le couple rsistant et sur

linertie de la charge - Quel est lintrt de la classification selon les services types ? - Quelle est la notion utilise lorsquun cycle de fonctionnement ne correspond pas un

service type ? - Pourquoi un moteur chauffe-t-il ? - Sur un relev dun cycle de vitesse = f(t), identifier les diffrentes phases de

fonctionnement. - Sur un relev de courant I = f(t) correspondant un cycle de vitesse, identifier les

diffrentes phases de fonctionnement. - Tracer dans un repre moment du couple M = f() la trajectoire dun point de

fonctionnement. Identifier les diffrentes phases. - Placer le point de fonctionnement des diffrentes phases de fonctionnement du moteur

sur la courbe constructeur. - noncer les quations horaires du mouvement et calculer les distances parcourues par

un mobile.


Thme N4 : Les diffrents procds de transformation de lnergie Exemple de trame des sujets Les diffrents essais de systmes de ce thme ont une architecture commune qui sarticule autour de 3 parties : 1. Modlisation du systme

Principe utilis pour la conversion dnergie Dtermination des grandeurs relatives la forme dnergie utilise Recherche dun modle Reprsentation du modle analogie avec les circuits lectriques Dtermination dun point de fonctionnement

2. Analyse nergtique

Dtermination des diffrentes pertes Rendement de la transformation Mode de rglage du transfert dnergie Efficacit nergtique de la transformation

3. Mesurages

Mesurer les grandeurs des diffrentes formes dnergie Obtenir des grandeurs non lectriques par des mesures indirectes Utiliser des abaques Mesurer les pertes et les puissances mises en jeu Mesurer les rendements

Exemples de supports pouvant tre utiliss pour ce thme

Station de pompage Installation solaire olienne Systme de ventilation contrl Centrale de production hydrolectrique Pompe chaleur Pile combustible clairagisme



Essais de systmes

Thme N4 : Les diffrents procds de transformation de lnergie

ETUDE DUNE GAINE DE VENTILATION MOTORISE

1. Prsentation

Une gaine de ventilation motorise permet denvoyer de lair recycl dans un ensemble de locaux. Le dbit dair peut tre contrl par la vitesse du ventilateur, mais aussi par louverture ou la fermeture des volets dobturation.

e systme didactis comporte une seule sortie dair avec un volet dobturation.

Une documentation technique mise disposition rappelle les grandeurs arauliques et le fonctionnement des systmes de ventilation. L

Volet dobturation

Ventilateur vitesse variable

Alimentation Alimentation

Volet dobturation

MDT

Capteur decouple

3

directe par variateur

~~


2. tude du systme de ventilation 2.1. Dtermination des grandeurs arauliques

Le ventilateur est entran par un moteur asynchrone 2 paires de ples. La vitesse de rotation du ventilateur est de 2070 tr/min pour une vitesse moteur de 1500 tr/min. Le dbit nominal est de 5000 m3/h dans la gaine pour une pression diffrentielle de 600 Pa. Le ventilateur choisi est un AT 9-7 (voir abaque).

- partir de labaque du ventilateur rechercher pour le point de fonctionnement nominal : o Le rendement du ventilateur o La puissance mcanique sur larbre du ventilateur o La vitesse de rotation du ventilateur o La vitesse de lair en sortie du ventilateur

- De la puissance mcanique, dduire la puissance araulique, la vitesse et le couple du moteur pour ce point de fonctionnement.

- Comparer la puissance araulique au produit Q x Pa.

2.2. Essais sur le systme rel

Dtermination de la caractristique mcanique du ventilateur AT 9-7

Le moteur du ventilateur est pilot par le variateur de vitesse U/f constant. - Placer le volet dobturation en position ouverte et relever, pour une frquence de consigne

variant de 5 50 Hz, le couple sur larbre et la vitesse de rotation. - Refaire une srie de mesures pour le volet en position puis pour le volet totalement ferm. - Tracer les caractristiques mcaniques de ce ventilateur C() pour les 3 positions du volet. - A laide de la documentation fournie, expliquer pourquoi la caractristique volet ouvert

donne le plus grand couple. Rglage de la puissance par la frquence de rotation Pour le volet compltement ouvert :

- Calculer puis tracer, la puissance mcanique en fonction de f (Pm(f)). - partir de labaque, dterminer pour chaque point, le dbit de lair, la pression, le

rendement et la puissance araulique. - Tracer la puissance araulique et le rendement du ventilateur en fonction du dbit dair.

Mesure de puissance au point de fonctionnement Pmca = 600W - Dterminer la consigne de frquence placer lentre du variateur pour obtenir une

puissance mcanique de 600W. - Placer cette frquence et relever le couple utile et la vitesse de rotation. - laide des tracs prcdents, en dduire la puissance araulique. - Pour ce point, relever loscilloscope le courant consomm par le variateur. - laide dun analyseur de rseau relever le fondamental de ce courant, le facteur de

puissance et le facteur de dplacement. - En dduire la puissance lectrique consomme par le variateur et le rendement global du

systme (puissance araulique / puissance lectrique).


Rglage de la puissance par le volet dobturation Le moteur du ventilateur est en dmarrage r du ventilateur est en dmarrage direct.

Prciser le couplage raliser sur le moteur asynchrone. t (louverture O variant de 0 100%), relever

le couple et la vitesse de rotation.

dans

pre araulique. - Tra ur en fonction du dbit dair sur

la m

- la position du volet qui donne une puissance de

- Dduire des tracs, la puissance araulique. - Pour ce point, mesurer la puissance absorbe par le moteur asynchrone et calculer le

araulique / puissance lectrique).

vue efficacit nergtique, s avantages et les inconvnients de ces 2 modes de rglage.

Quest Pou to

direct. Prciser le couplage raliser sur le moteur asynchrone.

t (louverture O variant de 0 100%), relever le couple et la vitesse de rotation.

dans

pre araulique. - Tra ur en fonction du dbit dair sur

la m

- la position du volet qui donne une puissance de

- Dduire des tracs, la puissance araulique. - Pour ce point, mesurer la puissance absorbe par le moteur asynchrone et calculer le

araulique / puissance lectrique).

vue efficacit nergtique, s avantages et les inconvnients de ces 2 modes de rglage.

Quest Pou to

- - - Pour diffrentes positions douverture du vole- Pour diffrentes positions douverture du vole

- Calculer puis tracer la puissance mcanique en fonction de la position douverture du volet (Pm(O%)).

- Calculer puis tracer la puissance mcanique en fonction de la position douverture du volet (Pm(O%)).

- Comparer cette courbe la courbe Pm(f) et prciser lintervalle de rglage de puissance les 2 cas.

- Comparer cette courbe la courbe Pm(f) et prciser lintervalle de rglage de puissance les 2 cas.

- partir de labaque du ventilateur, dterminer pour chaque point, le dbit de lair, la - partir de labaque du ventilateur, dterminer pour chaque point, le dbit de lair, la ssion, le rendement et la puissancession, le rendement et la puissancecer la puissance araulique et le rendement du ventilatecer la puissance araulique et le rendement du ventilateme feuille que prcdemment. me feuille que prcdemment.

Mesure de puissance au point de fonctionnement Pmca = 600W laide des tracs prcdents, dterminer

Mesure de puissance au point de fonctionnement Pmca = 600W laide des tracs prcdents, dterminer600W 600W

rendement global du systme (puissance rendement global du systme (puissance

Comparer ces 2 modes de rglages du dbit et expliquer dun point deComparer ces 2 modes de rglages du dbit et expliquer dun point delele

ionnement possible sur ce thme ionnement possible sur ce thme

r utes les conversions :r utes les conversions :

lications industrielles ou de la vie courante o lon rencontre

r moduler une nergie ? ts utiliss dans les modulateurs dnergie lectrique ? s utilises dans les modulateurs dnergie lectrique?

Pou a

- Quelles sont les diffrentes formes dnergie ? - Citer des exemples dapp

ces formes dnergie ? - Quels sont les moyens mis en uvre pou- Quels sont les composan- Quelles sont les structure

r l conversion mcanique des fluides : - Quelles sont les relations entre les diffrentes units de pression (Pascal, bar, mCE).

- Dans une installation hydraulique simple, partir de lquation de Bernoulli, noncer les ulique dune pompe.

Pou a

- Quappelle-t-on perte de charges singulires et rgulires ?

hypothses rductrices pour dterminer la puissance hydra- noncer le principe de fonctionnement des capteurs de dbit et de pression.

r l conversion thermique : - Quels sont les diffrents modes de transmissions de la chaleur ? - Dans quelle partie du systme lnergie thermique est elle stocke? - Dans quelle partie du systme trouve-t-on les pertes ? - Rappeler lanalogie entre les circuits lectriques et les circuits thermiques - Par quel lment lectrique modlise-t-on le lieu de stockage de lnergie ?

lisolation ? - noncer le principe de fonctionnement des capteurs de temprature.

- Par quel lment lectrique modlise-t-on les pertes ? - Sur quels paramtres peut-on agir pour augmenter


Pour la conversion lectrochimique :

- Quest quun ion ? - Quel est le rle dune lectrode ? - Pourquoi le nom danode et de cathode ? - Pourquoi peut-on avoir un courant lectrique dans un liquide ?

Caractristique du ventilateur AT9-7



Exemp dLes dif e une qui sarticule autour

e 3 pa ie

. Mise en vidence de la rversibilit nergtique ents rversibles ou irrversibles dans une chane de ie

Dtermination du parcours de lnergie dans le sens de transfert direct et inverse Mthode de stockage et de transformation de lnergie, grandeurs associes Recherche dun modle

2. Analyse nergtique

Analyse des rendements des transformations dans le sens direct et inverse Dtermination des diffrentes pertes Gain nergtique du la rcupration Mode de rglage de la rcupration dnergie Efficacit nergtique dans un systme rversible

3. Mesurages

Mesurer les grandeurs des diffrentes formes dnergie Mesurer en diffrents points dune chane de transformation dnergie, la quantit

dnergie consomme ou restitue valuer une nergie stocke Mesurer lefficacit nergtique dans le cas dun systme utilisant ou non la

rversibilit nergtique Exemples de supports pouvant tre utiliss pour ce thme

Banc de test de courroie Enrouleur / Drouleur Systme de traction ferroviaire Centrale de production hydrolectrique Systme de production dnergie autonome stockage (solaire, olien) Systme de stockage inertiel

le e trame des sujets fr nts essais de systmes de ce thme ont une architecture commrt s : d

1

Identification des lmtransformation dnerg



Essais de systmes


Stockage inertiel

1. Pr

n dnergie ou la production comporte des variations rapides, il est ncessaire lment d ss fournir une quantit dnergie limite, mais de forme imp si seau lectrique. Ces systmes peuvent tre ralis p que fonctionnant en moteur ou en

nrateu

sentation du problme Lorsque la consommatio

de prvoir un lment de lissage afin dadapter le couple producteur consommateur. Cet e li age doit tre capable dabsorber ou deul onnelle. Ils contribuent alors la stabilit du r

s ar un volant dinertie associ une machine lectrir. g

Structure dun systme de stockage inertiel

Volantdinertie

Moteur/gnratrice

Convertisseurrversible

Convertisseurrversible

Buscontinu

Rs

eau

utilis

ateu

r

+

-


Lnergie cintique emmagasine sexprime par : 2J21W = , o W, nergie cintique, est en

joule, J est le moment dinertie (kg.m) et la vitesse angulaire de roer pour la constitution du volant d

tation (rad.s-1). Il est intressant dutilis inertie, des matriaux haute

p leves. Les meilleurs matriaux sont les s) capable datteindre des vitesses priphriques

de 1500 m.s-1 correspondant une puissance de 100 Wh.kg-1. Mais ces matriaux sont trs coteux. Pour minimiser le volume, des mat haute rsistance offrent un bon compromis nergie volumique/cot.

Il faut adjoindre au volant des auxiliaires (paliers magntiques, enceinte sous vide, oteur/gnrateur) qui conduisent des valeurs de puissance plus proches de 5 25 Wh.kg-1. Quant

u m e lectromagntique permettant la charge et la dcharge. de ces dispositifs peut tre leve : 2 Wh.kg-1. Les premires

pplications furent dans les transports (bus et tramways pour rcuprer lnergie de freinage ou pour

eaconpower.com/

rsistance la traction, capables de vitesses pricomposites fibres de carbone (structures bobin

hriquese

riaux massifs de type acier

ma oteur/gnrateur, il est linterfac

La puissance impulsionnelle aviter les systmes de captation de courant). Depuis quelques annes, des volants dinertie quipent des alimentations ininterruptibles dans lesquelles ils concurrencent les batteries lectrochimiques au plomb et au NiCd. L galement, il sagit de fonctionnement impulsionnel (dure de dcharge de lordre de la minute).

http://www.bhttp://www.energiestro.com/http://www.bretagne.ens-cachan.fr/dochtml/docD/dochtml/0302.htmlhttp://www.bretagne.ens-cachan.fr/pdf/mecatronique/Page_SystemesEM_HautesPerf/Flywheel_ECRIN_mai2002.pdf xercice pralable Un volant d'inertie cylindrique a un rayon de R = 50cm et une masse de M = 140kg. quelle vitesse doit-il tourner pour stocker une nergie quivalente celle de 10kg d'essence brle dans un moteur combustion interne? Donnes : 10 kg d'essence 140 kWh.

Le moteur thermique a un rendement de 15% soit 21 kWh d'nergie utilisable. Le volant d'inertie a un rendement 80% .

2. Systme d'essai

moteur 1,5 kW

capteurs de couple et de vitesse

volant d'inertie alternateur

convertisseur AC / DC

J


Caractristiques du banc dessai : Machine courant continu Ecodime D100L2E {1,2kW ; 230V ; 7,2A ; 1500tr.min-1 ; exc 0,55A } Constante de fem : K=1,32Wb Iex=0,55A Rsistance d'induit : R=7,15 20C Moment d'inertie JMCC=0,022kg.m Alternateur EcodimeTA100L4 {1,2kW ; 230V/400V ; 1500tr.min-1 ; URP=70V - IRP=2,6A} Moment d'inertie JMS=0,022kg.m Volant d'inertie cylindrique Ecodime VI100B Diamtre D=20cm Longueur L=18cm Matriau fer de masse volumique =7850kg.m-3

vec une carte d'acquisition relie un ordinateur Les relevs seront effectus aSynchronie), les calculs ainsi

(logiciel de traitement : que les tracs seront faits sur un tableur.

ccumulation dnergie (alternateur vide)

e une consigne de vitesse de 1500 tr/min. Relever en fon et ln nement du volant.

- quoi correspond la valeur finale de la puissance absorbe ? ble de lancer ce systme avec un moteur de 750W ? Quelle en serait la

consquence ? - Calculer lnergie thorique emmagasine par le volant dinertie. Comparer cette valeur

la courbe de lnergie consomme. - Quel a t le rendement nergtique de cette phase de dmarrage ?

sans charge sur lalternateur

- Faire tourner le groupe vide vitesse nominale. Faire le relev (t) au cours d'un essai de lcher.

- Dcouper laxe des temps en intervalles de 5s, puis pour chaque intervalle, dterminer : o La vitesse moyenne du groupe moy. o Lnergie restitue par le volant dinertie o Lnergie cumule, restitue depuis le dbut de la dclration o La puissance fournie par le volant dinertie

2.1. Mesures sur la

- Calculer le moment d'inertie du volant. Quel est le moment d'inertie du systme complet?

- M ttre en marche le systme avecction du temps pendant la phase de dmarrage, la vitesse du groupe, la puissance ergie absorbe au niveau de larbre dentra

- Serait-il possi

2.2. Mesures de restitution dnergie


- Tracer la puissance fournie par le volant en fonction de moy. quoi correspond cette courbe ?

- Quel est lintrt de placer les volants dinertie sous vide et sur des paliers magntiques ? - Tracer lnergie cumule restitue en fonction de moy. - Vrifier thoriquement la valeur finale de cette courbe. - Pour quel pourcentage de dcroissance de la vitesse, le volant a-t-il fourni 80% de son

nergie cintique ? Calculer la valeur thorique correspondante et comparer. 2.3. Mesures de restitution dnergie avec une charge sur lalternateur


e systme fonctionne vitesse nominale; la machine courant continu est arrte (induit et n plan de charge rsistif triphas rgl sur 200W.

Relever lnergie fournie la cha

alle, dterminer :

le volant dinertie prcdemment, la puissance fournie par le volant

En e en fonction de moy. - Dterminer partir des relevs lnergie totale fournie la charge. - En dduire le rendement nergtique de cette phase de freinage.

r lintermdiaire de deux onvertisseurs relis par un bus continu (voir synoptique dans la prsentation).

- Quel est lintrt de cette structure?

Linducteur). L'alternateur dbite dans u

- rge sur une phase (v(t)i(t)dt) - Relever la dcroissance de la vitesse en fonction du temps. - Dcouper laxe des temps en intervalles de 2s, puis pour chaque interv

o La vitesse moyenne du groupe moy. o Lnergie restitue par le volant dinertie o La puissance fournie par

- Tracer sur le mme graphe quedinertie en fonction de moy.

- dduire la courbe de puissance fournie la charg

Dans un systme rel, la gnratrice est raccorde au rseau pac

Quest n

s un systme mcanique

Rappeler lexpression de lnergie cintique pour un objet en translation.

- masse gale, comment faut-il disposer la matire par rapport laxe de rotation pour

- Quelle o es ?

- Toutes s ? on

a e lectrique ? ention utilise.

ants de fonctionnement

dnergie

io nement possible sur ce thme

- Quelles sont les diffrentes formes dnergies possibles, dans un systme mcanique en translation horizontale ?

s, dan- Quelles sont les diffrentes formes dnergies possibleen translation verticale ?

- Quelles sont les diffrentes formes dnergies possibles, dans un systme mcaniqueen rotation ?

- Rappeler lexpression de lnergie potentielle. - - Rappeler lexpression de lnergie cintique pour un objet en rotation.

obtenir un grand moment dinertie.

- Rappeler la dfinition du rendement dune chane cinmatique. - Pourqu u eur 1 ? oi n rendement est-il toujours infri

s s nt les pertes rencontres dans les systm

le machines lectriques sont-elles rversibles- Citer des exemples de convertisseur dlectronique de puissance rversible ou n

rversible. - Donner la structure de ces modulateurs.

m chin- Comment est dfini le fonctionnement moteur ou gnrateur dunenv- Dfinir ces fonctionnements dans un plan 4 quadrant selon la co

- Dans le cas dun moteur asynchrone, comment dfinir les quadr partir de lanalyse du diagramme P, Q ? ou du relev u(t) et i(t) ?

- Pouvez-vous noncer des applications industrielles qui utilisent la restitution pour ralentir ou freiner des charges ?


Thme N6 : Dimensionnement nergtique dans les systmes autonomes et

embarqus Exemp dLes dif ede 3 pa ie

. Clas fi

. dimensi

Dimensionner le ou les lments de stockage

3. Mesura

Exemp

Panneau de signalisation routire autonome Clture lectrique solaire Produits autonomes rechargeables sans secteur (lampe torche manivelle) Pile combustible Centrale de production hydrolectrique isole Installation solaire isole Installation olienne isole Vhicule lectrique

le e trame des sujets fr nts essais de systmes de ce thme ont une architecture commune qui sarticule autour rt s :

1 si cation des besoins nergtiques

Lister les besoins nergtiques dune application Dfinir les corrlations production - consommation Dfinir des stratgies de consommation Comparer des solutions constructives de production onnement nergtique 2 Effectuer un bilan nergtique Rechercher les donnes de production Dimensionner le ou les lments de production

Dfinir un rglage optimum du systme de production

ges Mesurer les nergies consommes valuer une nergie stocke Mesurer lnergie en provenance dun systme de production autonome Vrifier ladquation consommation - production

les de supports pouvant tre utiliss pour ce thme



Essais de systmes

Thme N6 : Dimensionnement nergtique dans les systmes autonomes et embarqus

VLO ASSISTANCE LECTRIQUE

Procd d to rter une aide au pdalage lors dun dplaceme e

Transformer Dplacer Stocker

e s ckage : Utiliser une batterie pour appont n vlo.

Matires duvre Information : I Ti Di Si Produit : P Tp Dp Sp Energie : W Tw Dw Sw

Introduct ion : article de Wikipdia, l'encyclopdie libre. Le vlo assistance lectrique ou VAE est une bicyclette quipe d'un moteur lectrique et d'une batterie rec nnes 1980. Contrairem t es lectriques qui possdent rarement des pdales, la batterie du l le mouvemen u limite

hargeable. Les VAE existent depuis les aen aux cyclomoteurs ou trottinett

v o assistance lectrique n'envoie son nergie au moteur que pour amplifiert d pdalier. Il s'agit donc d'une assistance discrte et ne dnaturant pas la

nction premire du vlo.

ue it

fo Q d la lgislation ?Le o nt comme une bicyclette classique. Le des bicyclettes pr e oues et une sell e ire de la personne monte sur ce vhicule, en par uPar 2/61/EEC indique qu'un VAE doit notamment respecter les car

l'utilisateur cesse de pdaler Le moteur doit s'arrter ds que le VAE a atteint la vitesse de 25 km/h Le moteur doit s'arrter lorsque l'utilisateur freine

Le VAE ne doit comporter aucune poigne d'acclration ou autre dispositif permettant au vlo

vl assistance lectrique est considr lgalemedcret n95-937 d'aot 1995 relatif la prvention des risques rsultant de l'usage cis la nature d'un vlo : On entend par bicyclette tout produit comportant deux re, t propuls principalement par l'nergie muscula

. tic lier au moyen de pdales ailleurs, la Directive europenne 9actristiques suivantes : Le moteur doit s'arrter ds que

d'avancer tout seul. C' st le pdalage qui doit dclencher l'assistance. Utilisation

e

L'assistance lectrique est trs efficace dans les montes, pour des pentes faibles et moyennes, jusqu' 8 ou 10 %. Au-del de 10 % de pente, ce type de vlo n'a d'intrt que si la puissance instantane maximale est suffisante, sans quoi le poids du moteur et de la batterie (10 kg environ) fera perdre de la vitesse au vlo. Le VAE est intressant pour des trajets quotidiens courts ou moyens (de 30 50 km), avec un dnivel de quelques centaines de mtres. Il est idal en particulier pour des personnes se dplaant beaucoup en ville et souhaitant se dplacer rapidement sans trop d'efforts ou encore pour des personnes handicapes ou simplement pour rapporter en centre-ville ses provisions d'un supermarch de proche banlieue voisine.



rbain avec une libert et une vitesse souvent plus importante que les transports en commun. Il est par ailleurs trs conomique (mo s de gaz effet de serre de faon directe. Enfin, en France, t pas obligatoires.

a Liens http://www.si.ens-cac

Le VAE constitue une alternative crdible la plupart des deux-roues motoriss pour un usage u

ins de 0,10/100km) et ne produit pal'assurance et l'immatriculation ne son

Depuis 2006, il existe des moteurs universels adaptables sur les vlos classiques. Source Wikipedi

han.fr/ressource/r8/r8.htmhttp://www.toutsurlevae.info/http://petrol.free.fr/ElectricShop/cat-cycles.htmhttp://www.velo-electrique.com/Pages/accueil.phphttp://monveloelectrique.free.fr/www.toutsurlevae.info/le_present_du_velo_electrique.htmhttp://www.velectris.com/moteur-4011.html

1. Dtermination de la puissance pour un dplacement horizontal

ypothses :H

a masse du vlo + moteur lectrique + batterie est denviron 20 kg.

odlisation simplifie :

La masse moyenne dun cycliste est considre de 80 kg LLa vitesse du cycliste est comprise entre 0 et 25 km/h. Ecrasement dun pneu au sol de 44 mm On suppose les forces de rsistance arodynamique ngligeables devant celle de rsistance au roulement. Le rendement de la transmission par chane est de 75%. M

P

V rayon R

e Ecrasement

/2 P

F

Zoom sur une roue

s Dans le calcul dapproche, seule la rsistance au roulement est prise en considration. Tous lefrottements et glissements sont ngligs ainsi que les problmes de pntration dans lair du cycliste. - Dterminer sous forme littrale la puissance Pc que le cycliste doit fournir pour se dplacer la

vitesse V. - Tracer la fonction Pc = f(V).

- Dfinir les mesures raliser sur le vlo pour valuer la puissance absorbe au niveau du pdalier pour la vitesse maximale (rglage du paramtre slope = 0 sur lafficheur basic )

- Raliser la mesure de puissance aprs avoir rgl la vitesse maximale, sans lassistance lectrique.

- Relever lindication de puissance fournie par lafficheur basic . Commente


Dtermination de la puissance fournir lors dun dplacement en monte Les routes sont dfinies par leur pente. Une pente est exprime en pour cent (%), c'est

u descend) lorsque l'on parcourt 100 m par rapport l'horizontale. Si est l'angle entre la droite de plus grande

lors la pente en % est gale 100tan().

ous forme littrale la puissance Pc que le cycliste doit fournir pour se dplacer la vitesse V.

e paramtre slope = 9 sur lafficheur basic male et sans lassistance lectrique.

Conclure sur les rsultats.

3. tude de la contribution de lassistance au pdalage. Lutilisation du moto-variateur et linstallation du vlo avec un kit dentranement ne permettent pas une simulation exacte du comportement dun cycliste sur le vlo assistance lectrique. Afin de quantifier lapport de lassistance lectrique : - Refaire les mmes mesures en vitesse maximale avec lassistance au pdalage, pour un

dplacement horizontal, puis pour un dplacement dans une pente. - Pour chaque essai :

Relever la puissance affiche sur lcran du module basic Vrifier la puissance absorbe par le moteur MAS dentranement du pdalier. Relever les allures de la tension et du courant dans le moteur lectrique VAE.

- partir de lanalyse des courbes releves sur le moteur lectrique VAE :

Dfinir la nature du modulateur. Reprsenter un schma lectrique de principe de la partie puissance du modulateur. Identifier les diffrentes phases de fonctionnement sur les courbes.

ire du bilan de puissance la contribution du moteur VAE pour le cycliste.

r vos rsultats.

2.

P

le nombre de mtres que l'on monte (o

pente et l'horizontale, a

- Dterminer s- Calculer la puissance PC pour une pente de 9% et une vitesse de 20 km/h. - Rgler l- Raliser la mesure de puissance pour la vitesse maxi

- tablir un bilan de puissance dans toute la chane cinmatique. - Ddu

F

Var

iate

ur

MAS 3~

red

chargeur batterie


afficheur basic

rseau lectrique mono 230V~ p

dalie

r

simulation du cycliste

assistance

4. tude de lautonomie de la batterie

Caractristique de la batterie :

Type NiCd Tension 36 V Capacit : 10 Ah Recharge : 1400mAh

lage de 250W, dterminer lautonomie

- voir une assistance de 250W ? Dans le cas o lassistance apporterait une puissance de 80W, quelle distance peut-on parcourir

lentre du chargeur de batterie.

- recharge lectrique de la batterie ?

5. Tec o

Rappeler les diffrentes technologi

stalle sur le vlo. ent sur les

batteri N

ur la batte

ement), est-il intressant de rcuprer lnergie lectrique ?

liaison non permanente lectrique

- Dans les conditions dutilisation de lassistance au pda

du cycliste avant de recharger sa batterie. Est-ce raliste dimaginer a

-avant que lassistance lectrique napporte plus dnergie ?

Aprs dcharge de la batterie, il faut la recharger ce qui peut se faire partir dun rseau lectrique classique 230V ~ / 50 Hz. - Relever lallure de la tension u(t) et du courant i(t)- Calculer la puissance absorbe.

Quelle est lnergie ncessaire la recharge totale de la batterie ? - Quel est le cot de la

hn logie des batteries

- es usuelles en nonant les inconvnients et avantages. - Dcrire un cycle de charge et de dcharge thorique de la batterie NiCd in- Spcif la longvit de la batterie. Voir documier les points importants pour assurer

es iCd.

S rie utilise : - Quelle est la valeur du courant de recharge ? - Combien de temps faut-il pour avoir une recharge totale de la batterie ? - Lorsque le cycliste aborde une descente ou lors dun freinage (phase de ralentiss

6. Validation du fonctionnement du VAE sur un parcours

On veut utiliser le VAE de faon quotidienne (un dplacement aller retour) sur le parcours suivant. On modlise le parcours par le profil suivant :


Le premier chiffre donne la distance parcourue en km par rapport lorigine. Le deuxime chiffre donne laltitude en m.

b v

Complter le tableau des distances et dnivels.

on lectrique annonce par le constructeur.

sistance

lectrique

Trajet Retour Assistance lectrique

A (0 ; 360)

B (3,84 ; 307)

C (5 05 ; 336)

D (5,65 ; 300)

E (6,66 ; 368)

F (10,97 ; 169)

G (15,4 ; 169)

La atterie est charge 100% au dpart. La itesse de dplacement est constante. Elle est de 15 km/h.

-- Combien de trajets aller retour pourra-t-on effectuer avant recharge ? - Vrifier la consommati

Trajet AllerDistance (km) dnivel (m) As

A B 0 50W

B C 50W 0 C D 0 100 W D E 100W 0 E F 0 100W F G 0 0

Documentation technique du kit Heinzmann


Documentation technique moto-rducteur Motovario

Questionnement possible sur ce thme - Citer des exemples de moyens de stockage de lnergie. - Sous quelle forme est stocke lnergie dans une batterie ? - Que signifie lappellation 50Ah sur une batterie ? - Quelle est la quantit dnergie thorique stocke dans une batterie de 12V 50Ah ? - Que signifie la profondeur de dcharge dune batterie ? - Quelles sont les nergies primaires des piles combustible ? - Quelles sont les formes dnergie disponibles la sortie dune pile combustible ? - Quel est lordre de grandeur de la puissance solaire reue en France par unit de surface au

sol ? - Quel est le rendement moyen dun panneau solaire photovoltaque ?


Cette tche est raliser par llve N1 en prsence du professeur.Cette tche est raliser par llve N2 en prsence du professeur.Cette tche est raliser par llve N3 en prsence du professeur.Ti3.3. Influence des paramtres de rglage et de la charge.Ti

499 essais systemes bts elec@@

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