tp panneau solaire

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TP de consolidation – PCSI-CI4-02 Corrigé : Panneau solaire asservi 1 re activité – Analyse de la structure du système - Faire fonctionner le système. Identifier et répertorier les tâches qu'il réa- lise. En déduire les chaînes fonctionnelles correspondantes. On pourra pour cela redessiner la structure ci-contre en l'adaptant au système étudié. À l’observation du fonctionnement, on constate que, lors du déplacement du soleil (ou de la source lumineuse), le panneau est animé de 2 mouvements distincts et indépendants qui cor- respondent aux tâches suivantes : positionner le panneau en azimut (rotation autour d’un axe vertical) ; positionner le panneau en élévation (rotation autour d’un axe horizontal). Chaque mouvement est donc réalisé par une chaîne fonctionnelle distincte, ce qui donne res- pectivement : la chaîne fonctionnelle d’azimut ; la chaîne fonctionnelle d’élévation. - Dessiner les diagrammes A–0 et A0 qui traduisent l'organisation fonctionnelle selon un point de vue système. Selon un point de vue système, c’est la position du panneau qui est importante. On peut donc proposer l’organisation fonctionnelle suivan- te : M1 Panneau solaire asservi POSITIONNER LE PANNEAU EN DIRECTION DU SOLEIL Panneau en position quelconque E1 Réglages C1 S1 Panneau orienté vers le soleil Présence du soleil C2 M1 Réglages Panneau en position quelconque Positionner en élévation Positionner en azimut Panneau solaire asservi E1 S1 C1 Panneau orienté vers le soleil CF d'azimut CF d'élévation Présence du soleil C2 Le niveau A0 proposé place les deux tâches au même niveau hiérarchique afin de mettre en évidence le fonctionnement non séquentiel du panneau en mode “suivi du soleil”. En effet, dans ce mode, les 2 chaînes fonctionnel- les ont un fonctionnement qui n’est pas prédéfini à l’avance et qui est donc indépendant du temps.

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panneau solairepanneau solaire

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  • TP de consolidation PCSI-CI4-02

    Corrig : Panneau solaire asservi

    1re activit Analyse de la structure du systme

    - Faire fonctionner le systme. Identifier et rpertorier les tches qu'il ra-

    lise. En dduire les chanes fonctionnelles correspondantes. On pourra pour cela redessiner la structure ci-contre en l'adaptant au systme tudi.

    lobservation du fonctionnement, on constate que, lors du dplacement du soleil (ou de la source lumineuse), le panneau est anim de 2 mouvements distincts et indpendants qui cor-respondent aux tches suivantes :

    positionner le panneau en azimut (rotation autour dun axe vertical) ;

    positionner le panneau en lvation (rotation autour dun axe horizontal).

    Chaque mouvement est donc ralis par une chane fonctionnelle distincte, ce qui donne res-pectivement :

    la chane fonctionnelle dazimut ;

    la chane fonctionnelle dlvation.

    - Dessiner les diagrammes A0 et A0 qui traduisent l'organisation fonctionnelle selon un point de vue systme.

    Selon un point de vue systme, cest la position du panneau qui est importante. On peut donc proposer lorganisation fonctionnelle suivan-te :

    M1

    Panneau solaire asservi

    POSITIONNER LE PANNEAU EN DIRECTION DU SOLEIL

    Panneau en position

    quelconque

    E1

    RglagesC1

    S1

    Panneau orient vers

    le soleil

    Prsence du soleil

    C2

    M1

    Rglages

    Panneau en position

    quelconque

    Positionner en lvation

    Positionner en azimut

    Panneau solaire asservi

    E1 S1

    C1

    Panneau orient vers

    le soleil

    CF d'azimut CF d'lvation

    Prsence du soleil

    C2

    Le niveau A0 propos place les deux tches au mme niveau hirarchique afin de mettre en vidence le fonctionnement non squentiel du panneau en mode suivi du soleil. En effet, dans ce mode, les 2 chanes fonctionnel-les ont un fonctionnement qui nest pas prdfini lavance et qui est donc indpendant du temps.

  • - Si le diagramme A0 prcdent ne le met pas en vidence, prciser si les tches sont ralises de faon indpendante ou si elles le sont de faon squentielle.

    Si, dans le mode suivi du soleil le fonctionnement est indpendant du temps, par contre, dans le mode repli, le fonctionnement est bien squentiel.

    - Dans le cas o les tches sont organises de faon squentielle, prciser quelles sont les informations qui dclenchent leur activit et celles qui mettent fin leur activit.

    Dans le mode repli, le fonctionnement est le suivant :

    tche 1 le panneau se met lhorizontale (orientation plein Nord) ;

    tche 2 ensuite il se positionne lEst.

    Linformation qui met fin la tche 1 et qui dclenche la tche 2 est linformation dlivre par le capteur de fin de course Nord.

    Linformation qui met fin la tche 2 est linformation dlivre par le capteur de fin de course Est.

    2e activit tude de la chane d'action d'une CF ou du systme

    Si le systme est constitu de plus d'une CF, en choisir une.

    - En observant la CF choisie ou le systme, identifier les diffrents constituants qui

    interviennent dans la chane d'action.

    On choisit la chane fonctionnelle dlvation dans laquelle on peut identifier facilement les constituants suivants :

    MoteurRducteur roueet vis sans fin

    Manchond'accouplement

    Rducteur engrenages

  • - Rcapituler les rsultats de l'observation dans une reproduction de la figure ci-dessous.

    Les constituants observs prcdemment participent la constitution de la chane daction selon la disposition suivante :

    CONVERTIR TRANSMETTRE

    AGIR SURLA

    MATIREDUVRE

    Chane d'action

    Moteur lectrique

    Rducteur engrenages

    Rducteur roueet vis sans fin

    Axe et fixationavec le panneau

    3e activit tude de l'actionneur de la CF ou du systme

    - En observant l'actionneur et l'aide des lments du dossier technique, dfinir ses grandeurs dentre et de sortie.

    Lactionneur est ici un moteur lectrique courant continu :

    grandeur dentre : nergie lectrique caractrise par un courant continu de 12V et une intensit qui peut varier de 0,22A 7,22A ;

    grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple de 48 mNm une vitesse de 8267 tr.mn-1.

    - Expliquer son principe de fonctionnement. On pourra pour cela utiliser la documenta-tion technique du constructeur et/ou rechercher des informations l'aide de l'onglet "Dossier technique", ou en cliquant ici, ou en cherchant sur Google, ou l'aide de la documentation technique du laboratoire.

    Le moteur lectrique courant continu est constitu dune partie fixe appele stator mu-nie dun bobinage constituant linducteur et dune partie tournante appele rotor munie dun bobinage constituant linduit. Le champ magntique gnr par le courant qui circule dans les bobinages cre un couple qui fait tourner le rotor.

  • 4e activit tude des transmetteurs de la CF ou du systme

    Pour chacun des transmetteurs mis en vidence la 2e activit et l'aide de la malette ou du composant (pice dtache) qui accompagne le systme :

    - En observant le transmetteur et l'aide des lments du dossier technique, dfinir les grandeurs dentre et de sortie.

    Les transmetteurs sont ici des rducteurs :

    grandeur dentre : nergie mcanique de rotation en provenance du moteur ou de lautre rducteur ;

    grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple accru et une vitesse de rotation rduite.

    - l'aide d'un schma, expliquer son principe de fonctionnement. On pourra pour cela utiliser la documentation technique du constructeur et/ou rechercher des informations l'aide de l'onglet "Dossier technique", ou en cliquant ici, ou en cherchant sur Google, ou l'aide de la documentation technique du laboratoire.

    Rducteur engrenages

    Ce rducteur tait disposition dans la mallette qui accompagne le panneau solaire. La figure ci-dessous en donne une perspective.

    Bti

    Arbre de sortie

    P2 R2

    P3

    R3

    P4 R4

    P5

    R5

    R1 {

    2e traind'engrenage

    {4e traind'engrenage

    { {5e traind'engrenage3

    e t

    rain

    d'e

    ngre

    nage

    Un engrenage est constitu dun pignon (Pi) et dune roue dente (Ri).

    Un rducteur engrenages est constitu dun ou plusieurs trains dengrenages monts en cascade comme le montre cette figure et le schma cinmatique de la page suivante. Ici, il y a 5 trains dengrenages axes parallles.

  • Arbre dentre(axe du moteur)

    Bti

    Arbre de sortie

    Arbre intermdiaire 1

    1er traind'engrenage

    {

    2e traind'engrenage

    {

    Arbre intermdiaire 2

    Arbre intermdiaire 3

    Arbre intermdiaire 4

    3e traind'engrenage

    {

    4e traind'engrenage

    {

    5e traind'engrenage

    {Rducteur roue et vis sans fin

    Ce rducteur tait disposition dans la mallette qui accompagne le panneau solaire. La figure ci-dessous en donne une perspective.

    Arbre dentre Vis sans fin

    Arbre de sortie

    Roue denteBti

  • Un rducteur roue et vis sans fin est constitu dune vis qui en-grne avec une roue dente. Laxe de la vis et laxe de la roue sont orthogonaux, comme le montre le schma cinmatique ci-contre.

    Arbre dentre(vis sans fin)

    Arbre de sortie

    Bti

    Rouedente

    - Dfinir un protocole de mesure pour dterminer la caractristique de transfert du

    transmetteur. Mettre en uvre ce protocole pour obtenir la valeur de cette caractristique. Donner une expression gnralise de cette caractristique de transfert.

    Pour dterminer la caractristique de transfert (rapport de transmission) dun rducteur, il suffit de mesurer les vitesses de rotation lentre et la sortie et den faire le rapport :

    Cette mesure ncessite lutilisation dun tachymtre.

    En labsence de tachymtre ou dimpossibilit de raliser la mesure, on peut compter le nom-bre de tours que doit faire larbre dentre pour que larbre de sortie tourne dun tour, ce qui donne .

    Le rapport de transmission peut tre calcul de faon prcise partir de la connaissance du nombre de dents (not z) ou du diamtre des pignons et roues dents.

    Rducteur engrenages

    Pour calculer de faon prcise le rapport de transmission dun rducteur, il suffit de connatre le nombre de dents des roues menes et des roues menantes puis den faire le rapport :

    Ici, les roues Ri sont menes et les pignons Pi sont menants.

    P1 est le pignon port par laxe du moteur.

    Le tableau ci-dessous rcapitule les nombres de dents et le calcul de 1.

    Train dengrenage n Calcul de 11 2 3 4 5 Produits 1

    zRi 35 31 31 31 38 39622030198,5

    zPi 11 9 12 12 14 199584

    REMARQUE Le document constructeur donne un rapport de 200.

  • Rducteur roue et vis sans fin

    Pour dterminer la caractristique de transfert (rapport de transmission) dun rducteur roue et vis sans fin, il suffit de faire le rapport du nombre de filets de la vis par le nombre de dents de la roue :

    Ici, la vis a un filet au pas et la roue a 100 dents. Donc 2 = 100.

    Activit de synthse (activit obligatoire)

    - Construire un schma blocs qui traduit et synthtise le comportement de la chane d'action de la CF ou du systme tudi.

    Moteur lectrique

    Rducteur engrenages

    Rducteur roue et vis

    sans fin

    nergielectrique

    nergiemcanique

    nergiemcanique

    nergiemcanique

    U, I C1, !1 C, !C2, !2

    - Raliser une synthse de ce qu'il est important de retenir de ce TP propos :

    de la nature des grandeurs d'entre et de sortie des actionneurs et des transmetteurs (de faon gnrale) ;

    Pour lactionneur de type moteur lectrique :

    grandeur dentre : nergie lectrique caractrise par une tension et un courant ;

    grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple et une vitesse angulaire.

    de la caractristique de transfert de chacun des principaux transmetteurs (relations gnrales).

    Pour un rducteur engrenages, la caractristique de transfert est :

    Pour un rducteur roue et vis sans fin, la caractristique de transfert est :