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  • 8/7/2019 Science Ingenieur

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    SCIENCES DE L'INGENIEURPPrree mmiirree aannnnee dduu cc y yccllee ddee BBaaccccaallaauurr aatt

    Sciences et Technologies lectriques (ST)

    LES AUTEURSEL MIMOUNI EL HASSAN

    Inspecteur de Gnie ElectriqueHANAFI AHMED

    Professeur d'Electronique

    LAJOUAD RACHIDProfesseur agrg de Gnie Electrique

    RMICHA ABDELHAYProfesseur de Construction Mcanique

    JEMILY ABDELGHANIProfesseur de Fabrication mcanique

    ERRAHOUTI ALIProfesseur d'Electronique

    MOUJIBI KAMALProfesseur de Construction Mcanique

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    Cher lecteur,

    Comme pour les autres matires d'enseignement, le ministre de lducationnationale, de l'enseignement suprieur, de la formation des cadres et de larecherche scientifique a organis un concours pour le manuel scolaire des Sciencesde lingnieur de la 1ere STE.

    Ce projet d'ouvrage, est le rsultat de la participation ce concours dont lenombre de candidats tait de 2. Mais malheureusement, aucun de ces 2 candidats n'arussi.

    Alors dans l'absence presque sre d'un manuel pour nos lves de la 1ere STEpour la rentre 2006/2007, nous avons jug bon de diffuser notre travail dans le butet le souhait que nos professeurs et nos lves en tirent profit.

    Nous notons que :La dernire rvision de notre travail tait celle que nous avons faiteavant l'envoi de notre travail au jury (22/05/2006) ;

    Le nombre de pages fix par le concours qui est de 216, nous avraiment gn, car d'aprs notre modeste exprience, un tel ouvrageen exige au moins 250 ;

    Si vous jugez bon de nous faire une de vos prcieuses remarques, n'hsitezpas le faire, car elle contribuera corriger une ventuelle erreur, amliorer unepartie, encourager les auteurs, etc.

    Enfin dans lattente dun manuel officiel, nous esprons que cette versionlectronique de ce manuel vous sera utile et vous poussera chercher plus, carcomme on l'a dj signal, les 216 pages imposes par le cahier des charges duconcours nous ont contraints de faire des choix

    Le 23/07/2006

    e-mail (coordonnateurs de l'quipe pdagogique):

    [email protected][email protected]

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    AVANT-PROPOS

    Dans notre environnement quotidien, on utilise de plus en plus des systmes dont la complexit exige undmarche d'tude structure fonde sur la thorie des systmes. Pour aborder de tels systmes, il faut :

    Un minimum de connaissances ou une culture technologique de base, en tantqu'utilisateur ;Et des comptences pluridisciplinaires impliquant une comprhension approfondie desprincipes scientifiques et techniques sous-jacents, en tant que concepteur-ralisateur.

    L'enseignement des Sciences de l'ingnieur apporte alors les concepts lmentaires pour aborder lesystmes. Il permet de :

    Faire dcouvrir l'lve les constituants des divers champs technologiques pour l'aider mieux affirmer son projet personnel ;Dvelopper chez l'lve les comptences de raisonnement, de communication,d'expression, d'organisation de travail et de recherche mthodique ;Dvelopper chez l'lve les capacits d'auto apprentissage.

    L'enseignement des Sciences de l'ingnieur privilgie l'acquisition de connaissances globales par approchinductive et en promouvant l'utilisation des nouvelles technologies informatiques. Il se base sur des produitsupport qui peuvent tre aussi bien de l'environnement quotidien de l'lve que de l'environnement industrielLe produit-support met en vidence principalement :

    Une approche fonctionnelle rpondant la question "A quoi sert le produit ?" ;Une approche technologique rpondant la question "Comment est construit le produit ?" ;Une approche physique rpondant la question "Comment le produit se comporte-t-il ?".

    Ces diffrentes approchent se conjuguent trs bien avec la dmarche de projet qui est fortement conseillepour la qualit d'enseignement qu'elle procure en favorisant l'autonomie, la recherche, le travail en quipe, lacommunication, etc.

    La structure de cet ouvrage est le reflet de cet aspect pluridisciplinaire qu'offre cet enseignement. Il estconforme aux directives et programmes officiels. Il est ax principalement sur 4 units :

    Unit 1 : Relative la chane d'nergie, elle traite des fonctions alimenter,distribuer et convertir ;

    Unit 2 : Relative la chane d'information, elle traite des fonctions acqurir,traiter et communiquer ;

    Unit 3 : Relative la chane d'nergie, elle traite de la fonction transmettre ;Unit 4 : Projet encadr traitant de l'analyse fonctionnelle, logiciels de CAO et

    directives pour la gestion dun projet.

    Pdagogiquement, ces 3 units constituent les centres d'intrt cognitifs et mthodologies qui :

    organise et structure les problmes rsoudre pour l'acquisition des connaissances ;dtermine les activits proposes possibles proposer aux lves.

    LES AUTEURS

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    COMMENT UTILISER CE MANUEL ?

    Quatre unitsUnit ADCqui dcrit les fonctionsAlimenter,Distribuer et Convertir de la chane nergie dunsystmeUnit ATC qui dcrit les fonctionsAcqurir,Traiter et Communiquer de la chanedinformation dun systmeUnit T qui dcrit la fonctionTransmettre de lachane dnergie

    Unit Projet qui dcrit l'analyse fonctionnelle,les logiciels de CAO et les directives pour projet.

    Index(pages 215 216)

    Sommaire(page 3)

    Organisation de louvrage

    Organisation dune unit

    Prsentation avec les prrequis(premire page)

    Prsentation de la fonction avec lescomptences vises et les chapitres inclus

    (deuxime page)

    Dveloppement de chaque chapitreconformment au programme

    (plusieurs pages)

    Exercices rsolus, exercices non rsolus(1 ou 2 pages)

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    SOMMAIRE

    U N I T E A D C

    FONCTION ALIMENTER

    CHAPITRE 1 : LENERGIE ELECTRIQUE ............................................................................................11

    1. TOPOLOGIE DU RESEAU ELECTRIQUE ......................................................................................................... 112. TYPES DE CENTRALE ............................................................................................................................ 123. LES SOURCES AUTONOMES ..................................................................................................................... 15

    CHAPITRE 2 : LES GRANDEURS ELECTRIQUES ....................................................................................171. GRANDEURS CARACTERISTIQUES MISES EN JEU ............................................................................................. 172. ALIMENTATION CONTINUE STABILISEE ........................................................................................................ 20

    CHAPITRE 3 : SECURITE DES BIENS ET DES PERSONNES ........................................................................241. EFFETS PHYSIOLOGIQUES DU COURANT ELECTRIQUE ...................................................................................... 242. TENSION LIMITE DE SECURITE ................................................................................................................. 253. CONTACT DIRECT ET INDIRECT ET PROTECTION ASSOCIEE ............................................................................... 25

    CHAPITRE 4 : L' ENERGIE PNEUMATIQUE ......................................................................................... 271. CONSTITUTION DUNE INSTALLATION PNEUMATIQUE ....................................................................................... 272. PRODUCTION DE LENERGIE PNEUMATIQUE ................................................................................................. 273. PRINCIPES PHYSIQUES .......................................................................................................................... 28

    FONCTION DISTRIBUER

    CHAPITRE 1 : LES PREACTIONNEURS ELECTRIQUES ............. .............. ..... .............. ............. .................. 301. LE RELAIS ........................................................................................................................................ 302. LE CONTACTEUR ................................................................................................................................ 323. LE SECTIONNEUR ................................................................................................................................ 334. LES FUSIBLES .................................................................................................................................... 345. LE RELAIS THERMIQUE .......................................................................................................................... 34

    CHAPITRE 2 : HACHEUR SERIE / VARIATEUR DE VITESSE INDUSTRIEL .......................................................1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ............................................................................................................... 372. VARIATEURS INDUSTRIELS POUR MOTEUR A COURANT CONTINU .........................................................................

    CHAPITRE 3 : LES PREACTIONNEURS PNEUMATIQUES ..........................................................................411. FONCTION ........................................................................................................................................ 412. CONSTITUANTS D'UN DISTRIBUTEUR .......................................................................................................... 413. LES PRINCIPAUX DISTRIBUTEURS PNEUMATIQUES ........................................................................................... 414. LES DISPOSITIFS DE COMMANDE .............................................................................................................. 425. APPLICATION: PRESSE PNEUMATIQUE ........................................................................................................ 43

    FONCTION CONVERTIR

    CHAPITRE 1 : CONVERTISSEUR ELECTROMECANIQUE ...........................................................................461. ORGANISATION DE LA MACHINE ............................................................................................................... 462. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ............................................................................................................... 463. MODELE ELECTRIQUE SIMPLE DU MOTEUR A COURANT CONTINU .......................................................................4. DEMARRAGE DU MOTEUR A COURANT CONTINU ............................................................................................ 485. BILAN DES PUISSANCE .......................................................................................................................... 496. REVERSIBILITE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU ...................................................................................... 497. ALIMENTATION DU MOTEUR ................................................................................................................... 508. FONCTIONNEMENT A VITESSE VARIABLE ..................................................................................................... 50

    CHAPITRE 2 : LES ACTIONNEURS PNEUMATIQUES ...............................................................................521. LES VERINS ....................................................................................................................................... 522. LE GENERATEUR DE VIDE OU VENTURI ....................................................................................................... 54

    CHAPITRE 3 : AUTRES TYPES DE CONVERSION ...................................................................................561. CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE LUMINEUSE ............................................................................... 562. CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE THERMIQUE .............................................................................. 573. CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE CHIMIQUE ................................................................................. 57

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    SOMMAIRE

    CHAPITRE 8 : TEMPORISATEURS A BASE DE CIRCUITS INTEGREES .......................................................... 121. LE CIRCUIT DE BASE : LE CIRCUIT RC .......................................................................................................1232. PRINCIPE DE BASE ..............................................................................................................................1243. LE TEMPORISATEUR NE555 ....................................................................................................................1244. MODES DE FONCTIONNEMENT DU NE555 ....................................................................................................124

    CHAPITRE 9 : CIRCUITS LOGIQUES PROGRAMMABLES .............. ............. ..... ............ .............. .............. 1271. PRINCIPES ET TECHNIQUES DE BASE .........................................................................................................1272. LA CLASSIFICATION DES PLD ..................................................................................................................1283. LES PAL (PROGRAMMABLE ARRAY LOGIC)................................................................................................... 1284. LES GAL (GENERIC ARRAY LOGIC) ............................................................................................................1295. PROGRAMMATION DES PLD ....................................................................................................................129

    CHAPITRE 10 : LE GRAFCET ....................................................................................................... 1321. TYPES DE GRAFCET ............................................................................................................................ 1322. ELEMENTS DE BASE ............................................................................................................................1343. LES REGLES D'EVOLUTION D'UN GRAFCET ...................................................................................................1344. STRUCTURES DE BASE D'UN GRAFCET .......................................................................................................135

    CHAPITRE 11 : AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL ........................ ..................... .............. ..... .... 1391. LOGIQUE CABLEE ...............................................................................................................................1392. AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL ...................................................................................................140

    FONCTION COMMUNIQUER

    CHAPITRE 1 : INTERFACE EN SORTIE ............................................................................................ 1481. INTERFACE HOMME/MACHINE (IHM) .........................................................................................................1482. ISOLATION GALVANIQUE ......................................................................................................................149

    CHAPITRE 2 : LIAISON PARALLELE ET LIAISON SERIE ......................................................................... 1511. LIAISON PARALLELE ............................................................................................................................1512. LIAISON SERIE ..................................................................................................................................1513. NORME RS232 .................................................................................................................................. 1524. NORME RS485 ..................................................................................................................................153

    U N I T E T

    CHAPITRE 1 : GENRALITES SUR LE DESSIN TECHNIQUE ...................................................................... 1571. PRINCIPAUX TYPES DE DESSINS INDUSTRIELS ...............................................................................................1572. FORMATS ........................................................................................................................................1573. ELEMENTS PERMANENTS ......................................................................................................................1584. L'ECHELLE .......................................................................................................................................1585. LE CARTOUCHE .................................................................................................................................1586. NOMENCLATURE ................................................................................................................................1597. ECRITURE .......................................................................................................................................1598. LES TRAITS ......................................................................................................................................159

    CHAPITRE 2 : TRACES GEOMETRIQUES INTERSECTIONS .................................................................... 1601. TRACES GEOEMETRIQUES .....................................................................................................................1602. INERSECTIONS ..................................................................................................................................161

    CHAPITRE 3 : REPRESENTATION GEOMETRIQUE DES PIECES ................................................................ 1621. PERSPECTIVE CAVALIERE ......................................................................................................................1622. PROJECTIONS ET VUES ........................................................................................................................1623. COUPES SIMPLES HACHURES ................................................................................................................1644. SECTION .........................................................................................................................................1655. NOTIONS SUR LE FILETAGE ...................................................................................................................166

    CHAPITRE 4 : EXECUTION GRAPHIQUE DE LA COTATION .................................................................... 1681. ROLES ........................................................................................................................................... 1682. EXECUTION GRAPHIQUE DE LA COTATION ..................................................................................................168

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    SOMMAIRE

    CHAPITRE 5 : REPRESENTATION VOLUMIQUE................................................................................... 1701. MODELEUR VOLUMIQUE .......................................................................................................................1702. CREATION DES VOLUMES ELEMENTAIRES ...................................................................................................1713. CREATION D'UNE PIECE SIMPLE ...............................................................................................................1714. CREATION D'UN ASS EMBLAGE SIMPLE ........................................................................................................172

    CHAPITRE 6 : TOLERANCES ET AJUSTEMENTS ................................................................................. 1741. TOLERANCES DIMENTIONNELLES .............................................................................................................1742. AJUSTEMENTS ..................................................................................................................................1743. TOLERANCES GEOMETRIQUES ................................................................................................................175

    CHAPITRE 7 : COTATION FONCTIONNELLE ..................................................................................... 1771. DEFINITIONS ...................................................................................................................................1772. METHODE POUR TRACER UNE CHAINE DE COTES ..........................................................................................178

    CHAPITRE 8 : LES MATERIAUX .................................................................................................... 1791. NOTIONS GENERALES ..........................................................................................................................1792. DESIGNATION DES MATERIAUX ...............................................................................................................1803. MISE EN UVRE DES MATERIAUX ............................................................................................................181

    CHAPITRE 9 : LIAISONS ET SCHEMATISATION .................................................................................. 1841. NOTION DE FONCTIONS MECANIQUES .......................................................................................................1842. FONCTION LIAISON .............................................................................................................................1843. SCHEMATISATION ..............................................................................................................................186

    CHAPITRE 10 : LIAISONS ENCASTREMENTS ..................................................................................... 1881. DEFINITION .....................................................................................................................................1882. MOYENS DASSEMBLAGE DEMONTABLES .....................................................................................................1883. MOYENS DASSEMBLAGE NON DEMONTABLES (PERMANENTS) ............................................................................1

    CHAPITRE 11 : LUBRIFICATION ETANCHEITE ................................................................................. 1921. LUBRIFICATION .................................................................................................................................1922. ETANCHEITE ....................................................................................................................................193

    CHAPITRE 12 : FONCTION GUIDAGE ............................................................................................ 1951. GUIDAGE EN ROTATION .......................................................................................................................1952. GUIDAGE EN TRANSLATION ...................................................................................................................196

    U N I T E P R O J E T E N C A D R E

    CHAPITRE 1 : ANALYSE FONCTIONNELLE ...................................................................................... 1991. ANALYSE FONCTIONNELLE EXTERNE .........................................................................................................1992- ANALYSE FONCTIONNELLE INTERNE .........................................................................................................2023- STRUCTURE FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME ...............................................................................................205

    CHAPITRE 2 : CONCEPTION ASSISTEE PAR ORDINATEUR (CAO) .............................................................210

    CHAPITRE 3 : PROJET ENCADRE - DIRECTIVES ................................................................................. 2111. DIRECTIVES .....................................................................................................................................2112. EXEMPLES DE PROPOSITIONS DE PE ..........................................................................................................2123. EXEMPLES DE SYSTEMES .......................................................................................................................213

    BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................... 215

    INDEX .................................................................................................................................. 216

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    UNITE ADC 9

    UNIT ADCAl imen te r-Di s t r i bue r-Conve r t i r

    P R E R E Q U I S

    Connaissances gnrales acquises dans lenseignement Tronc Commun.

    Concepts danalyse fonctionnelle :Systme ;Fonction globale et fonctions de services ;Fonctions techniques, FAST, SADT, etc.

    P R S E N TAT I O N

    Pour agir sur la matire d' uvre, un systme automatis a besoin dnergie, qui subirade nombreux traitements pour tre adapts la nature de l'action sur la matire d' uvre.

    Lunit ADC traite donc de ces aspects qui peuvent tre modliss par les fonctionsgnriques, c'est dire qui s'appliquent sur la plupart des systmes ; il s'agit des fonctions :

    Alimenter ;Distribuer ;Convertir ;

    Grandeurs physiques

    mesurer

    n i t A Dnergiesdentre

    ACQUERIR RAITER COMMUNI UER

    AGIR

    hane dinformation

    nformationsdestines dautres

    systmes et aux interfaces H/M

    Ordres

    nformationsissues dautres

    systmes etInter aces H/M

    LIMENTER DISTRIBUER ONVER IR TRANSMETTRE

    atire d' uvreen entre

    atire d' uvre ensortie

    Chane dnergie

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    FONCTION Alimenter10

    En gnral, les systmes automatiss mettent en uvre plusieurs types dnergie. Lesnergies principalement exploites sont lnergie lectrique et lnergie mcanique sousleurs diffrentes formes. On note en particulier :

    La source dnergie lectrique, qui grce la souplesse de ses mthodes degnration et de transport, demeure une richesse ingale. Il nest passurprenant donc de remarquer que lalimentation en nergie lectrique estlargement adopte aussi bien en milieu industriel quen milieu domestique ;La source dnergie pneumatique qui est aussi largement prsente dans lessystmes industriels. Cette nergie est dans la plupart des cas gnre partirde lnergie lectrique.

    La position de la fonction Alimentation en nergie dans une chane dnergie, ainsi que safonction globale sont reprsentes par la figure suivante :

    Energie Source dalimentation EnergieElectrique Rseau lectrique, piles, etc. ElectriqueElectrique Compresseur Pneumatique

    UNITE ADCFONCTION

    A L I M E N T E R PRESENTATION

    COMPETENCES ATTENDUESpartir de tout ou partie dun produit support avec son cahier des charges et son dossier

    technique :

    Identifier lesconstituants du rseau dalimentationExprimer lescaractristiques des constituants du rseau dalimentation

    CHAPITRES INCLUS DANS LA FONCTION ALIMENTER

    Alimentation lectriqueGrandeurs lectriques caractristiquesScurit des biens et des personnesAlimentation pneumatique

    ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR

    UNITE ADC

    TRANSMETTRE AGIR

    Matired uvre en

    entre

    Matire

    d uvre ensortie

    nergiedentre

    Alimenteren nergie

    CHANE DNERGIE

    nergiedentre

    nergiede sortie

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    Chapi t re 1 Lnergie lectr ique 11

    CHAPITRE 1

    LENERGIE ELECTRIQUE INTRODUCTION :

    L'nergie lectrique provient dune transformation d'nergie mcanique, magntique, chimique oulumineuse. Cette source dnergie peut se prsenter sous forme dune source de tension continue oualternative. Lunit dune tension lectrique est le Volt (V).

    1. TOPOLOGIE DU RESEAU ELECTRIQUE :

    Le systme lectrique comprend des sites de production (centrales nuclaires, thermiques,hydrauliques, ou production dcentralise : oliennes, petite hydraulique, cognration, etc.), et deslieux de consommation (communes, entreprises, etc.), relis par le rseau lectrique (transport etdistribution). Ce dernier a pour rle dacheminer lnergie vers les lieux de consommation, avec detapes dlvation et de baisse du niveau de tension dans des postes de transformation. La tension lasortie des grandes centrales est porte 400 000 volts pour limiter les pertes dnergie sous forme dechaleur dans les cbles ; ce sont les pertes par effet Joule .

    Ensuite, la tension est progressivement rduite au plus prs de la consommation, pour arriver auxdiffrents niveaux de tension auxquels sont raccords les consommateurs (400 000 volts, 225 000 volts, 000 volts, 63 000 volts, 20 000 volts, 400 volts ou 230 volts suivant leurs besoins en puissance).

    L'ONE (Office National dElectricit) assure cette fourniture par l'exploitation directe d'units dproduction ainsi que par les ouvrages qu'il a confis des oprateurs privs dans le cadre de contrats dproduction concessionnel.

    En terme de production le rseau national a pour mission de :assurer une gestion optimale du parc de production ;veiller la satisfaction de la demande en nergie lectrique exprime par le Dispatching Nationalet ceci dans les meilleures conditions de scurit, de rendement, de disponibilit et de cot.

    Le parc national de production est compos de moyens de production thermique, hydraulique eolienne.

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    FONCTION Alimenter12

    A la fin 2005, ce parc se compose comme suit :

    Puissance installe en MW26 usines hydrauliques 1 265Station Pompage et turbinage dAfourer* 464

    5 centrales thermiques vapeur 2 385charbon 1785

    Fioul 6006 centrales turbines gaz 615Cycle combin de TAHADDART 400Thermique diesel 69Total Thermique 3 469Eolien (dont 50 MW de la CED*) 53,9Total ONE 5 252

    * rgion derrachidia.** Comit europenne de distribution.

    NOTA :Le Watt (W) est lunit de la puissance. Une source de puissance 1kW peut alimenter, en mmtemps, dix ampoules de 100W chacune.

    Le graphique suivant reprsente lasatisfaction en nergie lectrique duclient marocain. Une part de cetteconsommation est assure par lescentrales de production hydraulique, uneautre par les centrales de productionthermique, une autre par les techniquesnouvelles (oliens, solaires, etc.) ; lereste de la demande est import delUnion Europen.

    2. TYPES DE CENTRALE :

    2.1. Dfinitions gnrales :

    2.1.1. Turbine :

    C'est un moteur rotatif qui convertit lnergie dun courant deau, de vapeur ou de gaz en nergiemcanique. Dans le domaine de la production on peut donner titre dexemple :

    Turbine pelton Turbine vapeur

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    Chapi t re 1 Lnergie lectr ique 13

    2.1.2. alternateur :

    Cest lorgane qui transforme lnergie de la rotation en une nergie lectrique :L'alternateur fournit une ligne trifilaire(signal triphas) dont les tensions sont dessinusodes dphases de 120 et dont lavaleur efficace est de 20kV.La frquence des tensions est de 50Hz ;

    cette frquence (f) est fixe par la vitessede rotation de la turbine (n) et le nombredes ples (P) de lalternateur selon larelation :

    f = p x n.Avec :

    f en Hz (Hertz)n en trs/s (tours/seconde)

    Exemple : n=1500tr/min et p= 2 donc f = 50Hz.

    V1(t) = V. 2.sin(2 ft)V2(t) = V. 2.sin(2 f t - 2 /3)V3(t) = V. 2.sin(2 f t - 4 /3)Avec V = 20kV

    2.2. Energie dorigine hydraulique :

    Dans ce type de centrale la puissance de leau (nergie potentielle) est exploite pour entraner desturbines couples des alternateurs. On distingue :

    Les centrales de haute chute : La hauteur de chute est suprieure 200m.Les centrales de moyenne chute : La hauteur de chute est comprise entre 30m et 200m.

    Les centrales de basse chute : La hauteur de chute est infrieure 30m.

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    FONCTION Alimenter14

    Les usines de pompage/turbinage : Les stations de transfert d'nergie par pompagefonctionnent sur le principe du recyclage de l'eau par pompage :

    Turbinage : l'alternateur produit de l'nergie lectrique.Pompage : la pompe consomme de l'nergie pour remonter l'eau d'un bassin infrieu un bassin suprieur.

    Les stations marmotrices : qui exploitent la force de la marr pour entraner les turbines.

    2.3. Energie dorigine thermique :

    Dans ce type de centrale, la chaleur produite par la combustion dun combustible (charbon, fuel ,etc.), produit lvaporation de leau. Cette vapeur sous pression permet dentraner une turbine vapeur en rotation :

    2.4. Energie dorigine nuclaire :

    Une centrale nuclaire est une centrale thermique qui utilise l'nergie fournie par un racteurnuclaire. Ce racteur produit une grande quantit de chaleur qui est capte par de l'eau sous pressioncirculant dans le circuit primaire (circuit ferm).

    Exemple de la marr hauteer

    urbine

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    Chapi t re 1 Lnergie lectr ique 15

    Par l'intermdiaire du gnrateur de vapeur, l'eau sous pression du circuit primaire communique schaleur l'eau d'un deuxime circuit ferm, le circuit secondaire. Il est ainsi possible d'obtenir de lvapeur haute pression dans ce circuit secondaire.

    La pression de cette vapeur fait tourner grande vitesse une turbine qui entrane elle-mme unalternateur qui produit une tension alternative sinusodale. A la sortie de la turbine la vapeur estrefroidie pour se transformer en eau, puis renvoye dans le gnrateur de vapeur.

    Le refroidissement de la vapeur issue de la turbine est confi une tour de refroidissement ou uncours d'eau important.

    3. LES SOURCES AUTONOMES :

    3.1. Energie solaire :

    On distingue deux types de centrale exploitant lnergie du soleil :

    Centrales thermodynamiques : Laconcentration du rayonnement solaire par desmiroirs permet dobtenir des tempratures delordre de 450C. Cette temprature permetdvaporer leau qui fait tourner des turbines.

    Centrales photovoltaques ou photopiles :Dans ces centrales des cellules photovoltaquesutilises cet effet sont des composantslectroniques semi conducteur capable dedbiter un courant lectrique dans un circuitextrieur, lorsquils sont clairs par lerayonnement solaire.

    Centrale thermosolaire de Ain Bni Mathar

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    FONCTION Alimenter16

    3.2. Energie du vent :

    Lnergie cintique du vent produit la rotation des ples duneolienne, qui est une sorte de grand moulin, qui actionnel'alternateur. Les ressources du vent sont considrables maisirrgulires entre le jour et la nuit, entre lhiver et lt ; cestpourquoi, cette solution reste onreuse.

    3.3. Groupes lectrognes :

    Les groupes lectrognes sont des petits alternateurs dontlentranement en rotation se fait en gnral, par un moteurthermique (moteur Diesel par exemple). La puissance estgnralement limite quelques dizaines de kilowatts.

    Ces groupes sont gnralement utiliss commealimentation de secours, alimentation lectriqueininterruptible dans les locaux exigeant une continuit deservice tel que les hpitaux.

    3.4. Piles et accumulateurs :

    Parmi les gnrateurs de tension continue les plus rencontrs dans la pratique quotidienne, ontrouve les piles et les batteries daccumulateurs. Cette source reprsente une transformation delnergie chimique en nergie lectrique.

    E X E R C I C E R E S O L UUne station dirrigation est alimente par cellules solaires. Sachant que la station est constitue par deuxpompes dont la puissance de chacune est 3kW et de rendement 93 %. La tension dalimentation nominaest de 100 V (cest la tension fournir au groupe pompe/convertisseur).Sachant que chaque cellule lmentaire peut fournir une puissance 1W avec une tension 1.25V :

    1. Quel est le nombre de cellules photovoltaques utiliser.2. Donner un schma de branchement de ces cellules.3. Si laire dune cellule est de 5cm2. Quel est laire total en m2 occup par le panneau solaire.

    CORRIGE :

    1. Le nombre de cellules utiliser est :N = la puissance totale demande / la puissance dune cellule.N = 6000 / 1 soit 6000 cellules photovoltaque.

    2. La tension que doit fournir le panneau est U = 100V. Donc le nombre de cellule mettreen srie est : Ns = 100/1.25 soit 80 cellules.

    Or on doit utiliser au minimum 6000 cellules pour assurer la puissance demande. Donc nombre de ranges (80 cellules dans chaque rang) mettre en parallle : Np = 6000/80soit 75 ranges.

    3. Laire totale occupe par le panneau est : A = 6000 x 5 cm2 = 30 000 cm2, soit A = 3 m2.

    Piles Accumulateur

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    Chapi t re 2 Les grandeurs lectr iques 17

    Chapitre 2

    LES GRANDEURS ELECTRIQUES1. GRANDEURS CARACTERISTIQUES MISES EN JEU :

    1.1. Notion du courant lectrique :

    Le dplacement des lectrons libres dans un circuitlectrique ferm engendre ce quon appelle un courantlectrique. Lunit du courant lectrique est lAmpre (A).

    1.2. Mesure de courant lectrique :

    On mesure le courant lectrique par lutilisation dun ampremtre. Lampremtre est un appareilqui doit tre mont en srie dans un circuit comme le montre la figure suivante :

    1.3. Notion de rsistance :

    1.3.1. Principe et symbole :

    Un fil conducteur prsente une diffrence de potentiel (d.d.p) entre ses bornes lorsquil est traverspar un courant lectrique. Ceci est d sa rsistance interne dont la valeur est donne par laformule :

    avec :l : longueur du fil ;S : sa section ;

    : la rsistivit (caractristique de la nature du conducteur)

    1.3.2. Loi dOhm :

    Cette loi exprime que certains matriaux ont une rponse linaire encourant une diffrence de potentiel impose. Si on considre unersistance, not R avec ses bornes une tension U , elle seratraverse par un courant I, tel que, quelque soit le temps t, U et Ivrifient toujours la relation de proportionnalit :

    e ee

    ee

    U = R . I

    R = .l / S

    harge

    A

    Source

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    FONCTION Alimenter18

    1.3.3. Association des rsistances :

    Suivant que des rsistances sont associes en srie ou en parallle, il rsulte de leur association unersistance quivalente Re dont la valeur dpend des valeurs des diffrentes rsistances associes.

    a. Association srie :

    La rsistance quivalente de deux rsistances en srie est la somme de ces deux rsistances.

    b. Association en parallle :

    La rsistance quivalente de deux rsistances en parallle est tel que :

    21111 R R R e

    1.3.4. Code de couleurs :

    On ne peut pas fabriquer les rsistances avec toutes les valeurs possibles. Les rsistances sonfabriques en grandes sries par les constructeurs des composants lectroniques. On les fabriquealors suivant des valeurs normalises, qui couvrent largement les besoins en rsistances. Ces valeursont indiques sur ces rsistances sous forme danneaux en couleur suivant le code suivant :

    La tolrance est un pourcentage qui indique la prcision de la rsistance. Connaissant la valeur dechaque chiffre on peut dterminer la valeur de la rsistance comme suit:

    R = [(1er chiffre x 1) + (2eme chiffre x 10)] x 10Multiplicateur la tolrance en.

    Re = R1 + R2

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    Chapi t re 2 Les grandeurs lectr iques 19

    Exemple : Calcul de la valeur d'une rsistance dont les trois couleurs significatives sont le rouge.R = [ (2 x1) + (2 x 10) ] x 102 = 22 x 100 = 2,2 K

    Les valeurs normalises des rsistances sont classes par des sries de valeurs notes (E6, E12, E2ou E48), qui indiquent le nombre de valeurs dans une srie. Par exemple, les valeurs de la srie E1sont :

    10 ; 12 ; 15 ; 18 ; 22 ; 27 ; 33 ; 39 ; 47 ; 56 ; 68 ; 82

    Toutes les rsistances de la srie E12 sont des multiples ou des sous multiples de ces valeurs .Paexemple, on trouve 1,2 , 12 , 120 , 1.2K , 12K , 120K , 1.2M et ainsi de suite.

    1.3.5. Rsistance variable :

    On a souvent besoin, dans les montages lectroniques, de rgler une rsistance sur place pour avoila valeur exacte exige par un montage donn ; on utilise alors :

    Soit un potentiomtre pour rgler la rsistance rgulirement comme pour le volume d'unposte Radio ;Soit un ajustable pour ajuster la valeur ncessaire une fois pour toute ;

    Dans les 2 cas, le symbole est le mme : P est la valeur totalede la rsistance. Le curseur divise la rsistance totale P en 2portions :

    R1 =P :

    Si le curseur est en position haut, alors = 1 et R1 = P ;Si le curseur est en position basse, alors = 0 et R1 = 0.

    R2 = P R1 = P P = P(1- ).

    1.4. Diviseur de tension :

    Pour diviser une tension, on utilise un pont diviseur de tension. Cepont est constitu de lassociation en srie de deux rsistances R1 etR2 :

    Vs = [R2 / (R1 + R2)].U

    Remarque : Cas d'une rsistance variable :

    PR1 = P

    R2 = P(1 )

    s

    P .PVe

    Vs = Ve. P/P

    Vs = .Ve

    otentiomtre A j u s t a b l e s

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    FONCTION Alimenter20

    1.5. Diviseur de courant :

    On divise un courant par la mise en parallle de deux rsistances R1 et R2 :

    1.6. Puissance :

    On appelle puissance lnergie consomme ou dbite par une charge pendant une seconde. Cest leproduit du courant qui traverse la charge avec la tension aux bornes :

    P = U . I

    Pour mesurer la puissance on utilise gnralement un wattmtre.

    1.7. Frquence :

    Pour un signal priodique u(t), c'est le nombre de priodes par seconde. L'unit de la frquence es

    le hertz (Hz). De ce fait la relation qui lie la frquence la priode est :

    2. ALIMENTATION CONTINUE STABILISEE :

    Les systmes lectroniques ont besoin dune alimentation continue. Cette tension continue estgnralement gnre partir de :

    piles pour les systmes portables et faible consommation, tel qu'une tlcommande detlvision, etc.

    de batterie d'accumulateurs pour les systmes tel que la voiture, etc.

    secteur pour des systmes qui demande de la puissance et qui ont accs au rseau alternatif.

    I1 = I .[R1 / (R1 + R2)]

    harge

    La puissance mesure par lewattmtre est :

    P = U . I

    F = 1/T

    T : priode en seconde (s). C'est le temps aprs lequel le signal se rpte.t

    u(t)

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    Chapi t re 2 Les grandeurs lectr iques 21

    Dans ce dernier cas, la tension alternative doit tre convertie en tension continue stabilise,conformment au schma synoptique suivant :

    2.1. Transformation :

    Le rle de la transformation est dabaisser la tension du secteur, qui est de 220V. Llmentlectrique qui ralise cette fonction est le transformateur.

    2.2- Redressement :

    Cette fonction est ralise laide de la diode.

    2.2.1- Fonctionnement et symbole :

    La diode est un composant lectronique conduction unidirectionnelle : elle ne conduit que dans lesens de lanode A vers la cathode K. Son symbole est reprsent la figure ci-dessous. Le symbode la diode indique le sens de conduction. Ud = 0,7V est appele latension de seuil de la diode.

    Polarisation directe : diode passante olarisation inverse : diode bloque

    d

    Ud

    Anode (A) Kathode (K)

    U1/U2 = n2/n1

    Avec n2 et n1 sont respectivementles nombres de spires de la bobineprimaire et la bobine secondaire.

    Alors pour avoir une tension ensortie plus petite qu'en entre, il fautavoir la condition (n2 < n1).

    Transformation Redressement Filtrage RgulationSecteur

    220 v 50Hzension

    de sortie

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    FONCTION Alimenter22

    2.2.2- Ralisation du redresseur :

    a. Redressement mono alternance :

    Le signal issu du transformateur est sinusodal. La diode est polarise en directe dans lalternancepositive et en inverse dans lalternance ngative.

    b. Redressement double alternance :

    Le montage le plus populaire est le redresseur pont de diodes ; il a 2 diodes conductrices paalternance :

    D1 et D3 conduisent pendant l'alternance positive ;D2 et D4 conduisent pendant l'alternance ngative.

    On remarque que le courant en sortie passe toujours dans le mme sens, d'o la forme du signal esortie.

    Note : Une LED est une diode qui a le mme fonctionnement qu'une diodeordinaire, la diffrence quelle est destine mettre une lumire(rouge, vert, jaune et orange) quand elle est passante. Pour une LEDrouge, la tension de seuil est 1.5V et un courant de 10mA donne uneintensit lumineuse de signalisation satisfaisante.

    2.3. Filtrage :

    Cette fonction est ralise par un condensateur. Le condensateur en se chargeant et en sedchargeant diminue londulation du signal redress ; Rc tant la rsistance de charge :

    Redressement Rc

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    Chapi t re 2 Les grandeurs lectr iques 23

    2.4. Rgulation :

    La rgulation est la fonction qui permet d'avoir une tension hautement continue partir d'unetension ondule comme issue du condensateur ci-dessus. Elle est assure par le rgulateur intgr quest un composant lectronique gnralement trois broches.

    Dans la pratique, la famille des rgulateurs de type 78xx est la plus utilise. Un rgulateur dcette famille dlivre une tension constante ses bornes de sortie gale xx V.

    Exemples : 7805 : tension la sortie gale +5V.7812 : tension la sortie gale +12V.

    E X E R C I C E R E S O L UOn suppose qu'on a une alimentation base du rgulateur 7805. Calculer la rsistance de protection de laLED de signalisation de la prsence de la tension de sortie du rgulateur (5V).

    CORRIGE :UR= 5 - ULED= 5 - 1.5 = 3.5V ; ILED= IR = 10mA R = UR/IR = 350 .

    La valeur normalise la plus proche dans la srie E12 est 330.PR= UR..IR = 3.5 x 0.01 = 35 mW.

    Les puissances normalises sont : 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, etc. On retient alors 1/8W. Le choix finalest :

    330 - 1/8W

    ecteur220v50Hz

    ransformateur

    Application type (Alimentation rgule)

    LED designalisation

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    FONCTION Alimenter24

    CHAPITRE 3

    SECURITE DES BIENS ET DES PERSONNESINTRODUCTION :

    L'utilisation de l'lectricit peut prsenter des risques d'lectrocution et aussi des risques d'incendie.

    En effet le courant lectrique a des effets physiques sur le corps ; ceci peut se produire avec un contacdirect ou indirect avec un conducteur sous tension. Il convient alors de prendre les mesures de scuritncessaires pour protger les biens et les personnes.

    1. EFFETS PHYSIOLOGIQUES DU COURANT ELECTRIQUE

    Le passage du courant affecte essentiellement les fonctions respiratoires et circulatoires ; il provoquegalement des brlures. La gravit du danger est fonction de l'intensit du courant qui parcourt le corpsde son trajet, et du temps de passage :

    ffet du courant lectrique sur le corps humain

    .1 0.5 10 50 100

    t(s)

    5

    1

    0.5

    0.1

    0.05

    0.020.01

    rincipales zones :1. pas de sensation2. Sensation3. Limite du courant de non lcher , douleurs,

    sans effets irrversible.4. Risque de fibrillation ventriculaire

    1 2

    34

    1A Arrt du coeur

    75mA Seuil de fibrillation cardiaque irrversible

    30mA Seuil de paralysie respiratoire

    0mA Contraction musculaire (Ttanisation)

    .5mA Sensation trs faible

    (mA)

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    Chapi t re 3 Scuri t des biens e t des personnes 25

    2. TENSION LIMITE DE SECURITE

    Selon le type de local, ondfinit deux types de tension descurit, 25V pour les locauxhumides et 50V pour les locauxsecs. Ces tensions dites nondangereuses coulent dans le corpshumain un courant infrieur 30mA (seuil de paralysie respiratoire).Le danger du courant lectriquetant fonction de sa dure depassage. Sur la figure suivante onreprsente le temps de coupuremaximal du dispositif de protectionen fonction de la tension de dfaut.

    Exemple :

    Lors d'un dfaut dans unlocalsec (Uc = 50 V), si la tension decontact vaut 120 V, le dispositif deprotection doit couper le circuit enmoins de0,2 secondes.

    3. CONTACT DIRECT ET INDIRECT ET PROTECTION ASSOCIEE :

    3.1- Contact direct :

    C'est le contact des personnes avec les parties actives desmatriels lectriques, conducteurs ou pices sous tension.

    3.2- Contact indirect :

    Contact des personnes avec des masses misesaccidentellement sous tension gnralement suite un dfautdisolement.

    3.3- Protection contre les contacts directs :Les principales mesures de protection contre les contacts directs sont :

    Lisolation des parties actives du matriel lectrique (gaine, cache bornes, etc.).La protection au moyen d'enveloppes et de barrires (coffrets, tableaux, etc.) quipermettent de rendre le matriel lectrique inaccessible.Mise hors de porte, par loignement : C'est le cas des lignes ariennes haute tension etbasse tension.

    Terre

    Courbe de scurit

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    FONCTION Alimenter26

    L'utilisation de la TBTS (Trs Basse Tension de Scurit : infrieure 25 V). Cette mesuconsiste alimenter des circuits sous trs basse tension fournie par un transformateur descurit.

    3.4. Protection contre les contacts indirects

    En cas de dfaut disolement, il faut couper automatiquement l'alimentation du circuit prsentantle dfaut. Pour mettre en oeuvre cette mesure, on utilise en gnral le DDR (Disjoncteur Diffrentiel courant Rsiduel) ; le principe dun tel dispositif est de dtecter le courant de dfaut qui passe travers la terre et ouvre le circuit, ce qui offre une protection des biens et des personnes.

    E X E R C I C E R E S O L UDans un atelier, la tension limite de scurit UL = 12 V. On a mesur une rsistance de prise de terre de40 . Quel doit tre le calibre du disjoncteur diffrentiel ?.

    CORRIGE :On sait que UL R x Ir do Ir UL/R = 0,3A soit Ir=300mA.

    E X E R C I C E N O N R E S O L U

    Une machine laver est alimente par uneprise de courant bifilaire (phase et neutre)sans prise de terre. Lors dun dfautdisolement la ligne de phase touche lacarcasse.

    1. Est-ce que le disjoncteur diffrentiel peut dtecter le dfaut ?.2. Quels sont les dangers prvisibles dans cette situation ?3. pour quelle tension limite UL vous optez dans cette situation ?4. On installe une prise de terre dont la rsistance peut prendre des valeurs entre 30 et 50.

    Proposer un rglage du disjoncteur diffrentiel pour que la protection soit optimale.

    L

    N220v/24

    limentation en TBTS par transformateur de scurit

    R = 0

    ransformateurde distribution

    ONE

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    Chapi t re 4 Lnergie pneumatique 27

    Moteur7 : Compresseur8 : Lubrificateur9 : Filtre rgulateur10 : Pot de condensation11 : Purge

    1 : Accumulateur2 : Manomtre3 : Soupape de scurit4 : Vanne disolement5 : Filtre principal

    CHAPITRE4

    L' ENERGIE PNEUMATIQUEINTRODUCTION :

    Lnergie pneumatique est couramment utilise dans la partie oprative d'un systme automatis ; la

    source de cette nergie est lair comprim. La production de l'nergie pneumatique (air comprim) peuttre rsume en 3 phases principales : la compression, stockage et distribution de l'air comprim.

    1. Constitution dune installation pneumatique:

    Une installation pneumatique est compose de :

    1. un gnrateur dair comprim (compresseur)2. un rservoir de capacit proportionnelle au dbit de linstallation3. un rseau de canalisations4. des appareils auxiliaires assurant diverses fonctions :

    rglage des caractristiques de l'air : dtendeur, rgulateur de pression, etc.conditionnement de lair : filtre, lubrificateur, etc.contrle et scurit : manomtre, soupape, etc.

    2. Production de lnergie pneumatique :

    2.1. Compression de l'air :

    Un compresseur (7), entran par unmoteur (6), aspire et comprime lairambiant et laccumule dans un rservoir(accumulateur).

    Compresseur

    otation

    T r a n s l a t i on

    ( C om pr e s s i on )

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    FONCTION Alimenter28

    2.2- Stockage :

    Laccumulateur (1) stocke lair comprim issu du compresseur et vite ainsi de faire fonctionner lmoteur tout le temps. Il permet en plus de compenser les variations de pression. Pour des raisons descurit, laccumulateur comporte :

    une vanne disolementun robinet de purge,un manomtre.

    2.3- Distribution :

    La distribution de lair comprim seffectue par unrseau de canalisations et diffrents piquages servant depoint d'accs ce rseau pneumatique. Un groupe deconditionnement y est install afin de filtrer et de lubrifierl'air comprim:

    un filtre : pour asscher l'air et filtrer lespoussires.un mano-rgulateur : pour rgler et rguler lapression de l'air.un lubrificateur : pour viter la corrosion et amliorer le glissement.

    3. PRINCIPES PHYSIQUES :

    La force mcanique produite par lnergie pneumatique est lie la pression par la relation :

    F est la force rsultante en Newtonp est la pression en Pascals (Pa)

    S est la surface en m2

    .

    Le pascal tant trop petit pour les pressions utilises dans lindustrie, on utilise souvent le bar :

    Dans une installation pneumatique on se limite une pression de 6 10 bar.

    1 bar = 105 Pa.1 bar = 100000 N/m2

    F= p . S Surface S

    F=p.sForce

    Pression p del'aircomprim

    Lubrificateur Rgulateur de pression

    iltre

    Unit RL

    Compresseur+ accumulateur anne disolementanomtre

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    29

    La partie commande dun systme automatis met en uvre une nergie faible. Elle estdonc incapable denvoyer directement lnergie ncessaire lactionneur ; do lutilisationdes practionneurs qui assurent la distribution de lnergie aux actionneurs.

    La position d'une telle fonction dans une chane d'nergie, ainsi que sa fonction globalesont reprsentes par les figures suivantes.

    On s'intresse surtout aux nergies lectriques et pneumatiques, qui sont le plus souventutilises :

    Energie Practionneur EnergieElectrique Contacteur ou Relais Electrique

    Pneumatique Distributeur Pneumatique

    UNITE ADCFONCTION

    D I S T R I B U E R PRESENTATION

    COMPETENCES ATTENDUESpartir de tout ou partie dun produit support avec son cahier des charges et son dossier

    technique :

    Expliquer le principe de fonctionnement dune commandeChoisir et mettre en uvre lappareil de commande

    CHAPITRES INCLUS DANS LA FONCTION DISTRIBUER

    Practionneurs lectriquesHacheur srie / Variateur de vitesse industrielPractionneurs pneumatiques

    ALIMENTER CONVERTIR

    UNITE ADC

    TRANSMETTRE AGIR

    Matired uvre en

    entre

    Matired uvre en

    sortie

    nergiedentre

    Distribuerlnergie

    CHANE DNERGIE

    DISTRIBUER

    nergiedisponible

    Energiedistribue

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    FONCTION Distribuer30

    CHAPITRE 1

    LES PREACTIONNEURS ELECTRIQUESINTRODUCTION

    Les practionneurs sont des constituants qui, sur ordre de la partie de

    commande, assurent la distribution de lnergie de puissance auxactionneurs. Dans les circuits lectriques, les practionneurs sontgnralement soit un relais, soit un contacteur. Le contacteur assure enplus lextinction de larc lectrique qui accompagne souvent lacommutation de lnergie de forte puissance. En effet, quand on ouvre uncircuit en cours de fonctionnement, le contact en cause provoque un arclectrique qui peut tre dangereux pour les biens et les personnes.

    1. LE RELAIS

    Le relais est un composant lectrique ralisant la fonction dinterfaage entre un circuit decommande, gnralement bas niveau, et un circuit de puissance alternatif ou continu (Isolationgalvanique). On distingue deux types de relais : le relais lectromagntique et le relais statique.

    1.1. Relais lectromagntique :

    1.1.1. principe :

    Un relais lectromagntique est constitu dune bobine alimente par le circuit de commande, dontle noyau mobile provoque la commutation de contacts pouvant tre plac dans un circuit depuissance. Le relais lectromagntique est rserv pour les faibles puissances.

    1.1.2. Caractristiques fondamentales :

    Tension dalimentation : Cest une tension continue qui permet dexciter la bobine.La rsistance de la bobine : paramtre permettant de dterminer le courant circulant dans lecircuit de commande.Le courant des contacts : cest le courant maximal que peut commuter les contacts de relaissans dommage.

    1.2. Relais statique :

    1.2.1. Dfinition

    Ce qui est vrai pour un relais lectromagntique est vrai pour un relaisstatique. De plus un relais statique commute de manire totalementstatique, sans pice en mouvement, confrant au composant unedure de vie quasiillimite. La structure de base dun relais statiqueainsi que son fonctionnement sont comme suit :

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    Chapi t re 1 Les pract ionneurs lectr iques 31

    1. Le circuit d'entre correspond l'unit de traitement ;

    2. Le circuit de mise niveau ;3. Le circuit de dtection de passage

    de zro permet de ne commuter lerelais que si la tension secteur estpratiquement nulle ; ainsi onvitera les rayonnements dus unecommutation d'une grande valeur ;4. La charge.

    1.2.2. Caractristiques fondamentales :

    Courant demploi : courant maximal que peut commuter le contact de sortie.Tension dentre : cest la tension dalimentation. Elle peut tre continue ou alternative.Tension de sortie : cest la tension dalimentation de la charge. Elle est gnralement de typealternative.

    1.3. Exemple de circuit :

    La figure suivante prsente un exemplede relais statique bien connu le MOC 341 , ainsi que lemontage de base le mettant en uvre :

    Si l'unit de commande, ici matrialise par une porte NAND, fournit un 0 la sortie de cettporte, la diode infrarouge conduit, ce qui fait conduire l'optotriac interne, qui son tourcommande le triac extrieur, qui devient comme un circuit ferm ; la charge (LOAD) est aloalimente par 240V AC

    Le relais est muni du systme "zero crossing", ce qui vite de commander le triac quand latension secteur est grande, ce qui vite des parasites de commutation.

    limentation

    ChargeGR

    A1

    A2

    VA2

    Le triac TR se comporte comme un interrupteur command :Si VGA2= 0, TR est bloqu (circuit ouvert), la chargen'est pas alimente ;Si VGA2= 1V, TR conduit (circuit ferm : sa tensionVA1A2est ngligeable), la charge est alimente.

    Fonctionnement simplifi dun TRIAC

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    FONCTION Distribuer32

    2. LE CONTACTEUR

    2.1. Principe :

    Un contacteur est un relais lectromagntique particulier,pouvant commuter de fortes puissances grce un dispositifde coupure darc lectrique. Sa commande peut tre continueou alternative. Sa constitution est comme suit :

    Des ples principaux de puissance ;Un contact auxiliaire (avec possibilit d'additionnerau contacteur un bloc de contacts auxiliairesinstantans ou temporiss) ;une armature fixe et un autre mobile ;Un ressort de rappel ;Un circuit magntique ;Une bobine de commande du contacteur. Si labobine est alimente elle attire larmature mobilepour actionner les ples de puissance ; Si elle nestpas alimente, un ressort de rappel ouvre les ples

    de puissance.

    2.2. Caractristiques lectriques :

    Tension nominale demploi Ue : Cest la tension entre deux ples de puissance qui nprovoque ni chauffement ni dtrioration du contacteur.Courant nominale demploi Ie : Cest le courant qui peut circuler dans les ples de puissancsans provoquer ni chauffement ni dtrioration du contacteur.Courant thermique conventionnel (Ith ) : courant qu'un contacteur en position ferme peutsupporter pendant 8 heures sans que l'chauffement de la bobine ne dpasse 90C.Pouvoir de coupure : courant maximal que le contacteur peut couper.

    2.3. Catgories de fonctionnement et choix :

    Pour choisir un contacteur il faut tenir compte, en plus des caractristiques prcdentes, descatgories demploi. Une catgorie demploie dfinit, pour lutilisation normale dun contacteur, lesconditions dtablissement et de coupure du courant, en fonction du courant nominal demploi "Ie" ede la tension nominale demploi "Ue" ; elle dpend :

    De la nature du rcepteur contrl (rsistance, moteur cage, moteur bagues, etc.).Des conditions demploi dans lesquelles seffectuent les fermetures et les ouvertures

    ( moteur lanc ou cal, en cours de dmarrage, freinage par contre courant , etc. ).

    En alternatif En courant continuCatgorie Utilisation Catgorie utilisation

    AC1 Rsistance DC1 RsistanceAC2 Moteur asynchrone bague DC2 Moteur ShuntAC3 Moteur asynchrone cage. DC3 Dmarrage et freinage par contrecourant des moteurs Shunt

    DC4 Moteurs srie

    AC4

    Moteurs asynchrone cage et bagues- Inversion du sens de marche- Freinage par contre courant- Marche par coups

    DC5 Dmarrage et freinage par contrecourant des moteurs srie

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    FONCTION Distribuer34

    On trouve galement des sectionneurs qui servent en plus de porte-fusible. On les dsigne pa"Sectionneurs porte-fusible" :

    4. LES FUSIBLES

    Les fusibles sont des appareils de protection dont la fonction estdouvrir un circuit par fusion dun lment calibr, lorsque lecourant dpasse une valeur prcise, pendant un temps donn. Ontrouve :

    La classe gI ou gG : ce sont les fusibles dusage gnral ;ils protgent contre les surcharges et les courts-circuits.

    La classe aM : ce sont les fusibles daccompagnementMoteur prvus pour la protection contre lescourts-circuits et surtout pour la protection des moteurs.

    5. LE RELAIS THERMIQUE

    Le relais thermique est un appareil de protection capable deprotger contre les surcharges prolonges. Une surcharge est unelvation anormale du courant consomm par le rcepteur (1 3 In),mais prolonge dans le temps, ce qui entrane un chauffement del'installation pouvant aller jusqu' sa destruction. Le temps de coupureest inversement proportionnel l'augmentation du courant.

    Le relais thermique utilise la proprit d'un bilame form de deux lames minces ayant des coefficientde dilatation diffrents. Lapparition dune surcharge se traduit par laugmentation de la chaleur (effetjoule) ; Le bilame dtecte l'augmentation de chaleur, se dforme et ouvre le contact auxiliaire.

    ymbole

    Contactcommand

    ectionneur Simple ectionneur avec fusibles incorpors

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    Chapi t re 1 Les pract ionneurs lectr iques 35

    Ce contact tant convenablement plac dans le circuit de commande va couper l'alimentation de labobine du contacteur qui va ouvrir ses ples de puissances et interrompre le passage de l'nergilectrique au travers du rcepteur. Cest donc l'appareillage de commande qui coupe le circuit depuissance est non pas le relais thermique.

    E X E R C I C E R E S O L UEXERCICE N1 :

    Pour distribuer lnergie vers lactionneur, typiquement un moteur triphas, le schma suivant est

    gnralement adopt. Dcrire le fonctionnement du montage :

    EXERCICE N2 :

    Lorsqu'on a commander plusieursrelais, on a besoin donc deplusieurs transistors. Pour diminuerla surface du circuit imprim, on

    utilise des circuits intgrscontenant plusieurs transistors decommande ; ce en plus desmontages Darlignton. On donne titre d'exemple le ULN 2003.Donner alors le montage decommande d'un relais avec cecircuit.

    ilame non dforme d = dformation due lchauffement provoque par le passage du courant.

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    FONCTION Distribuer36

    CORRIGE :EXERCICE N1 :

    Si le bouton poussoirS1 du circuit de commande est actionn, la bobine du contacteurKM1estalimente ; le contact KM1du circuit de commande se ferme ainsi que les contactsKM1ducircuit de puissance , ce qui entrane la rotation du moteurMAS;Si S1 est relch le contact KM1 du circuit de commande maintient lalimentation de la bobinedu contacteur (mmorisation). On parle alors dauto maintien ;Pour arrter le moteur MAS, on appuie sur le bouton poussoir Ar, ce qui ouvre le circuit decommande ; la bobine KM1 nest plus alimente et les contacts KM1 (commande et puissancesont ouverts ;Si au cours du fonctionnement (KM1 ferm) il y a une surcharge le relais thermique schauffe, le contact qui lui est associ F souvre, ce qui ouvre le circuit de commande etprotge le moteur MAS ;Le sectionneur porte fusible a aussi un contact auxiliaire not Q qui souvre avant les contactsQ du circuit de puissance e, cas o on man uvre le sectionneur en charge ; ceci a le mmeeffet que le contact auxiliaire du relais thermique. Ce contact est appel contact deprcoupure .

    EXERCICE N2 :

    E X E R C I C E S N O N R E S O L U S

    EXERCICE N1 :A fin de minimiser le courant de dmarrage dun moteur asynchrone, on utilise un dmarrage rsistances statoriques. Au dmarrage lalimentation du moteur se fait via ces rsistances. Aprs unetemporisation T on court-circuite ces rsistance pour liminer leurs effets, le moteur est alors alimenterdirectement avec le rseau. Donner le circuit de puissance et de commande.

    EXERCICE N2 :

    Donner un branchement des relais avec lemoteur pour que la commande de lun desdeux relais permet de commander larotation du moteur dans un sens ; et lacommande de lautre permet de le fairetourner dans lautre sens.Une utilisation de ce montage est lacommande dun store automatis.

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    Chapi t re 2 Hacheur sr ie Varia teur de vi tesse industr ie l 37

    Chapitre 2

    H ACHEUR SERIE / VARIATEUR DE VITESSE INDUSTRIEL1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

    1.1. Structure :

    La structure adopte gnralement pour un hacheur est la suivante :

    1.2. Fonctionnement :Le fonctionnement dun hacheur comprend deux phases principales : phase active et phase de roue

    libre :Phase active : transistor passant et la diode de roue libre bloque ; la pleine tension E estapplique la charge.Phase de roue libre : le transistor est bloqu et la diode est passante. La tension est nulle auxbornes de la charge jusqu ce que la diode devienne bloque.

    Pour arriver cette fin la base du transistor doit trealimente par un signal rectangulaire de la forme :

    1.3. Caractristiques lectriques :

    1.3.1. Charge R :

    La charge est purement rsistive : donc si le transistor est satur la tension de sortie U = E, et si ltransistor est bloqu la tension de sortie est nulle (lutilisation de la diode de roue libre nest pasncessaire) :

    On appelle valeur moyenne de la tension u laireA entre le trac de celle-ci ( u(t) ) et laxe detemps divis par la priode T. De ce fait la valeur moyenne de la tension de sortie est :

    U = ( .T.E)/T soit U = .E

    Phaseactive

    Phase deRoue libre

    U

    La diode de roue libre assure lacontinuit du courant dans la chargesi celle-ci est inductive (bobine oumoteur courant continu) quand letransistor est bloqu.

    Transistorcommand

    Diode deroue libre

    E Charge

    U

    T

    E

    T

    E RU

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    FONCTION Distribuer38

    On peut remarquer que laction sur la valeur moyenne de la tension U se fait par lintermdiaire drapport cyclique .

    Nota : laction sur la tension U permet de modifier lclairage dune lampe, la chaleur dunchauffage, etc.

    1.3.2. Charge E-R :

    La valeur moyenne de ce signal de sortie est :Umoy = ( .T.E +(1- ).T.EC)/T soit U = .E +(1- ).EC

    1.4. Exemple de circuit de commande :

    Le circuit de commande doit gnrer un signal rectangulaire dont le rapport cyclique est ajustable.

    Le fonctionnement du systme est comme suit :

    Le circuit IC1 est un oscillateur gnrant des impulsionsd'une dure courte et d'une frquence de 100 Hz ;Ce signal dclenche un monostable base de IC2. Latemporisation est assure par C3 qui se chargelinairement travers le gnrateur de courant autourdu transistor T1 ;Les seuils des comparateurs ne sont pas fixes par Vcc1(1/3 Vcc1 et 2/3 Vcc1), mais par la tension U surl'entre (5), ce qui a pour effet de varier la duremtastable du monosatable TW en fonction de cettetension.

    i le transistor est passant la tension desortie U=ESi le transistor est bloqu le courantcirculant dans la charge est nulle et par lasuite la tensionU=EC.

    T

    U

    T

    EC

    T

    E

    R

    UEc

    4 83

    62

    1

    C1 (12 V)

    IC1NE555 E555

    R4

    C3

    R5

    R6

    AJ1

    P1

    1

    2

    4 82 3

    67 5 12

    C2NE555

    A

    B

    C

    U

    C2 (5 V)

    UMCC

    I0 MCC

    A

    t

    E

    t

    8 V

    D

    tTW

    E0

    T

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    FONCTION Distribuer40

    Description du montage :

    Le variateur est aliment par le rseau lectrique (entre L1 et L2/N).Linduit du moteur est connect aux sorties de puissance A1 et A2.La dynamo tachymtrique DT donne une image de la vitesse de rotation de la machine courant continu.Le potentiomtre RF permet de choisir la vitesse dsire (linairement).

    Le bouton poussoir Marche permet de lancer le moteur (avec automaintien) ; le bouton arrtpermet de lancer le procd de freinage.

    E X E R C I C E R E S O L UPour le montage de commande base du NE555 prcdant :

    1. Montrer que le courant de charge de C3 est constant. On appelle ce courant I0.2- Donner alors la loi de variation de la tension de C3. On appelle cette tension UC3. On suppose que la

    constante d'intgration est nulle (condensateur dcharg).3- Tracer la forme de la tension UC3.4- Montrer qu'on a : Tw = C3. U /I0.5- Montrer que la valeur moyenne du signal commandant la MCC est de la forme :

    UMCC = (VCC1.C3/T.I0). U.6- Conclure alors.

    CORRIGE :

    1. IO = (VCC1 VCC2 VBE)/(R6+RAJ1). Toutes les composantes de cette quation sonconstantes alors Io est constant.

    2. On sait que Io = C3.(dUC3/dt) alors : UC3 = (Io/C3).t.3. le trac de la tension UC3 :

    4. De ce qui prcde on peut crire : U= (Io/C3).TW donc TW = (U. C3) /Io.5. UMCC = VCC1.TW/T en remplaant TW par son expression on peut crire :

    UMCC = (VCC1.C3/T.I0). U.6. Laction sur la rsistance ajustable AJ1 permet de varier le courant Io et par la suite varierla tension de commande du moteur, ce qui agit sur la vitesse de rotation du moteur.

    U

    TW

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    Chapi t re 3 Les pract ionneurs pneumatiques 41

    CHAPITRE 3

    LES PREACTIONNEURS PNEUMATIQUES1. FONCTION :

    Ils ont pour fonction essentielle de distribuer l'air sous pression aux diffrents orifices desactionneurspneumatiques. Comme le contacteur est associ un moteur lectrique, le distributeur est le pr-actionneur associ un vrin pneumatique :

    2. CONSTITUANTS D'UN DISTRIBUTEUR :

    On peut comparer un distributeur un robinet que lon ouvre et fermer non pas la main, mais pades ordres donns par la PC.

    Il est constitu dune partie fixe (le corps) et dune partie mobile (le tiroir) qui peut se dplacer lintrieur de la partie fixe selon un ordre directe (manuelle) ou indirecte (provenant de la PC). Le tiroiest dot de conduites permettant le passage de lair entre les diffrents orifices de la partie fixe.

    3. LES PRINCIPAUX DISTRIBUTEURS PNEUMATIQUES:

    Un distributeur est caractris :Par son nombre d'orifices, c'est dire le nombre de liaisons qu'il peut avoir avecson environnement (arrive, sortie(s) et chappement de la pression) ;Par son nombre de positions que peut occuper le tiroir.

    iroir

    Partie fixe

    Energiepneumatique

    Energie versactionneurs

    Ordre de non distribution

    Ordre de distribution

    Position 1 Position 2

    istributeur pneumatique

    Distributeur

    Energiepneumatique

    Energiepneumatique

    distribueistribuer

    l'nergie

    Ordres

    le dun di tributeur pneumatique

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    Chapi t re 3 Les pract ionneurs pneumatiques 43

    La commande du distributeur est reprsente par un rectangle accol la case quelle commute etcomplte par un ou plusieurs symboles schmatisant la technologie utilise.

    La figure suivante donne la schmatisation des diffrents dispositifs de commande :

    Exemples: distributeur pilotage pneumatique

    5. APPLICATION: PRESSE PNEUMATIQUE

    Dans une presse pneumatique on a le cycle suivant:Un appui sur un bouton poussoir (Bp1) : descente de la tige du vrinUn appui sur un bouton poussoir (Bp2) : rentre de la tige du vrin

    Le schma ci-dessus montre le cblage du vrin pneumatique de la presse avec le distributeubistable 5/2:

    Commandemanuelle

    Commandemanuellepar poussoir

    Rappel parressort

    Commandelectropneumatique

    Commandeneumati ue

    Commandelectrique

    istributeurs sur leur embase

    p1 non actionnBp2 actionn

    rriv de lapression

    rindouble effet

    entre de la tige du vrin

    p2 non actionn

    ortie de la tige du vrin

    Bp1 ctionn

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    45

    Dans un systme automatis, souvent la finalit de l'action sur la matire d' uvre est denature mcanique. Puisque l'nergie souvent disponible est lectrique et moins encorepneumatique, alors il faut convertir cette nergie disponible en nergie mcanique ; dolutilisation des actionneurs qui assurent cette fonction de conversion.

    La position d'une telle fonction dans une chane d'nergie, ainsi que sa fonction globalesont reprsentes par les figures suivantes :

    Energie Practionneur Energie mcaniqueElectrique Moteur Rotation

    Pneumatique Verin Translation

    UNITE ADCFONCTION

    O N V E R T I R PRESENTATION

    COMPETENCES ATTENDUESpartir de tout ou partie dun produit support avec son cahier des charges et son dossier

    technique :

    Enoncer le principe de fonctionnement dun convertisseurMettre en uvre un convertisseur

    CHAPITRES INCLUS DANS LA FONCTION CONVERTIR

    Convertisseur lectromcaniqueConvertisseur pneumatiqueAutres types de convertisseur

    ALIMENTER

    U N I T E A D C

    TRANSMETTRE AGIR

    Matired uvre en

    entre

    Matired uvre en

    sortie

    nergiedentre

    Convertirlnergie

    C H A N E D N E R G I E

    DISTRIBUER CONVERTIR

    Energiedisponible

    Energiedistribue

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    FONCTION Convert i r46

    CHAPITRE 1

    CONVERTISSEUR ELECTROMECANIQUEINTRODUCTION :

    Cest un convertisseur permettant de convertir lnergie lectrique (courantcontinu) en rotation mcanique. Cest le moteur le plus simple mettre en uvre. Il trouve son utilisation, entre autres dans :

    Llectronique de faible signaux (radio, video, entranement en rotationde la parabole, etc.) ;La traction lectrique.

    1. ORGANISATION DE LA MACHINE :

    Dans lorganisation dune machine courant continu, onpeut distinguer les principaux lments suivants :

    les ples inducteurs avec leurs enroulements ou leursaimants, placs gnralement sur le stator (partiefixe)linduit, dont les diffrentes voies denroulementssont connectes au collecteur, lensemble tantgnralement plac sur le rotor (partie tournante)les organes mcaniques permettant la rotation durotor et le maintien des diffrents sous ensembles.

    2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

    2.1. Loi de Laplace :

    Un conducteur travers par un courant et plac dans un champ magntique est soumis une forcdont le sens est dtermin par la rgle des trois doigts de la main droite.

    F = B x I x L

    F : Force en NewtonsB : Induction magntique en teslasI : Intensit dans le conducteur en ampresL : Longueur du conducteur en mtres

    Pour dterminer le sens de la force, il faut placer les trois doigts(pouce, index, majeur) perpendiculairement entre eux.

    Le pouce se place dans le sens du champ (le sens des lignes d'induction est toujours du N au Sl'extrieur d'un aimant et du S au N l'intrieur).

    Le majeur se place dans le sens du courant (sens conventionnel toujours du + vers le -).

    L'index dtermine alors le sens de la force.

    Stator Rotor

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    FONCTION Convert i r48

    3. MODELE ELECTRIQUE SIMPLE DU MOTEUR A COURANT CONTINU :

    On peut crire la loi dohm lectrique (on suppose que linducteur est aimant permanent ou alimentpar une tension continu constante, ce qui revient supposer que le flux est constant).

    U = E + R.IE = k.n

    C = (k/2 ).I = k.I

    Si on suppose que le moteur est aliment avec une tension constante U. On peut tracer lacaractristique mcanique C=f(n) du moteur :

    C = k.I = k. (U E)/R

    U k.nC = k.( R - R )

    Cette caractristique estreprsente dans la courbe ci contre :

    On peut aussi tracer la caractristique lectrique U = f(I) la vitesse nominale :

    U = E + R.I

    4. DEMARRAGE DU MOTEUR A COURANT CONTINU :

    4.1. courant de dmarrage :

    Au dmarrage la vitesse est nulle donc n = 0. Donc E = 0. On peut alors crire :

    U = R.ID (ID : courant au dmarrage).

    Pour les grosses machines R est faible (de lordre de quelques diximes dOhms) et pour les petitsmoteurs cette rsistance est relativement grande. Ce qui impose de prvoir un circuit permettant deminimiser ce courant lors de dmarrage des grosses machines.

    Inducteur

    RInduit

    Re

    U

    C

    d

    Cn

    n n

    d : couple de dmarrage.Cn: couple nominal.nn : vitesse de rotation nominale.

    U

    E

    Un

    IIn

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    Chapi t re 1 Convert isseur lectromcanique 49

    4.2. circuit de dmarrage :

    Pour minimiser ID on peut :Soit dmarrer avec une tension U faible (Dmarrage tension rduite).Soit ajouter une rsistance en srie avec linduit lors dudmarrage (Rhostat de dmarrage) (voir figure cicontre).

    5. BILAN DES PUISSANCES :

    5.1. Lensemble des pertes :

    Dans un moteur courant continu on peut distinguer les pertes suivantes :

    Pertes mcaniques : dues aux frottements et la rsistance arodynamique du ventilateur.Pertes magntiques : dues aux pertes dans le circuit magntique (pertes par hystrsis,pertes par courant de Faucoult).Pertes Joules : pertes dans les rsistances de linduit et de linducteur

    Pj = R.I2

    + Re.Ie2

    R.I2

    .La somme des pertes mcanique et des pertes magntiques sappelle pertes constantes (Pc).

    5.2. Le rendement :

    On appelle le rendement le rapport entre la puissance absorbe et la puissance utile :

    La puissance absorbe : Cest la puissance lectrique absorbe par le moteur.

    Pa = U.I

    La puissance utile : Cest la puissance mcanique disponible sur larbre du moteur.

    Pu = Pa Somme(pertes).Pu = Pa (Pc + Pj).

    Le rendement scrit :Pu= Pa

    6. REVERSIBILITE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU :

    La loi de Faraday nonce que si un conducteur sedplace dans un champ magntique il est le sige

    dune fem (force lectromotrice) induite quireprsente la variation du flux dans le temps traverscette spire.

    De ce principe dcoule le fonctionnement engnratrice de la machine courant continu.Si larbre de la gnratrice est entrane en rotation,entre les bornes de linduit on peut mesurer unetension U proportionnelle la vitesse de rotation.

    Une application trs connue de ce fonctionnementest la dynamo de la bicyclette.

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    FONCTION Convert i r50

    7. ALIMENTATION DU MOTEUR :

    8. FONCTIONNEMENT A VITESSE VARIABLE :

    On peut envisager plusieurs cas dans lesquels on a besoin de fairefonctionner le moteur courant continu vitesse variable. Pour arriver ce rsultat, une mauvaise solution (mais qui est quand mmeapplicable dans certains application ou la notion de pertes nest pasprimordiale) consiste mettre une rsistance variable en srie avec lemoteur. La vitesse maximale est atteinte en prenant RV = 0.

    Une deuxime solution consiste utiliser un hacheur. Dans ce caslaction sur le rapport cyclique permet de varier la valeur moyenne dela tension de commande et par la suite la variation de la vitesse derotation du moteur.

    E X E R C I C E R E S O L U

    Les caractristiques dune MCC excitation spare accouple une charge mcanique sont lesuivantes :

    Flux constant k = 4.8 ; rsistance dinduit R = 0.5 ; couple de pertes collectives Tp = 1 mN(constant quelque soit la vitesse) ; la charge mcanique accouple oppose un couple rsistantTr de 10 mN 157.08 rad/s.

    1. Calculer le courant de dmarrage (sans circuit de dmarrage) de la machine si la tensionU=120v.

    2. Calculer la FCEM E pour la vitesse 157.08 rad/s.3. Calculer les pertes joules de la machine. En dduire le rendement.

    CORRIGE :1. ID = U/R AN ID = 240 A.2. E = (k/2 ). = 0.764 x 157.08 AN E = 120 V.

    3. Il faut tout dabord calculer le courant dinduit :I = 2. .C/k AN I = 13 A.Donc Pj = R.I2 AN Pj = 85.6 W.

    Pour calculer le rendement on doit tout dabord calculer la puissance absorbe :Pa = U.I AN Pa = 1560 W.

    Calcul des pertes constantes :Pc = Tp. AN Pc = 157.08 W.

    Donc = (Pa-Pc-Pj)/PaAN = 84.4 %

    R V

    Pour inverser le sens derotation il suffit dinverserla tension dalimentation dumoteur : selon la positiondes commutateurs 1 et 2 le

    moteur tourne soit dans lesens 1 soit dans le sens 2.M

    1

    2Montage avec un seul ens de marche

    ontage avec deux sens de marche

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    Chapi t re 1 Convert isseur lectromcanique 51

    E X E R C I C E S N O N R E S O L U SExercice 1 :Une mthode pour freiner le moteur courant continu consiste le brancher sur une rsistance R. Cetttechnique quon appelle freinage rhostatique permet dacclrer le freinage.

    Donner un montage avec contacteurs permettant un dmarrage deux sens de marche avec un freinagerhostatique. La console de commande contient 4 boutons poussoirs :

    S1 : Marche sens 1.S2 : Marche sens 2.Fr : Freinage rhostatique.Au : Arrt durgence (Couper lalimentation et laisser le moteur ralentir).

    Exercice 2 : ETUDE DUNE MACHINE A COURANT CONTINUCaractristiques

    Inducteurs aimants permanentsInduit : rsistance R = 4,0constante de f..m. et de couple : k = 0,30 V.s.rad-1intensit nominale : In = 4,0 A

    Les frottements ainsi que les pertes dans le fer seront ngligs.On notera en outre :Ce le moment du couple lectromagntique,

    la vitesse angulaire de rotation,n la frquence de rotation en tr/s,E la FEM ; E = k,U la tension aux bornes de la machine,

    1.1. Etablir l'expression du moment du couple lectromagntique,1.2. Pour le courant nominal d'intensit In, calculer les valeurs numriques de la tension d'alimentation

    U et du moment du couple lectromagntique pour les frquences de rotationa) n = O b) n = 50 tr/s

    1.3 On applique sur larbre de la machine, un couple rsistant, de moment CR = 0, 80 N.m.1.3.1. Quelle relation lie les moments des couples lectromagntique et rsistant en rgimepermanent ?1.3.2. Dterminer la relation exprimant en fonction de U, R, k et CRen rgime permanent.1.3.3 A partir de quelle valeur de lintensit I, le moteur peut-il dmarrer ? Quelle est latension U correspondante ?

    1.4 Quelle tension U maximale doit-on simposer au dmarrage pour que lintensit Id de dmarragedemeure infrieure 1.25 In ?

    U

    MR

    Rotation Freinage

    MU

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    FONCTION Convert i r52

    CHAPITRE 2

    LES ACTIONNEURS PNEUMATIQUESINTRODUCTION :

    Un actionneur pneumatique est un dispositif qui transformelnergie de lair comprim en travail mcanique. Parmi lesactionneurs pneumatiques les plus utiliss dans les systmesautomatiss on trouve :

    le vrin pneumatique ;le gnrateur de vide Venturi.

    1. LES VERINS :

    Ce sont les actionneurs qui ralisent des mouvements gnralement linaires l'endroit mme o on abesoin d'une force.

    Exemples: perceuse, porte autobus, presse (figure ci-dessus), etc.

    1.1. Constitution et principe de fonctionnement :

    Un vrin est constitu dun cylindre, ferm aux deux extrmits, lintrieur duquel se dplacelibrement un piston muni dune tige, sous leffet des forces dues la pression de lair comprim. Poufaire sortir la tige, on applique la pression sur la face arrire du piston et pour la faire rentrer, onapplique la pression sur la face avant :

    Constitution dun vrin pneumatique

    1 2 3 4 5

    1 orifice de raccordement2- tube ferm par les flasques3- piston4- orifice de raccordement

    resse pneumatique

    Energielectrique

    Modle fonctionnel dun vrin

    R ANSFORMER LENERGIE

    Energiepneumatique

    rin

    Vrin standard

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    Chapi t re 2 Actionneurs pneumatiques 53

    1.2. Types usuels des vrins:

    1.2.1.Vrin simple effet:

    Ce vrin produit leffort dans un seul sens. Il nest donc aliment que dun seul cot. Le retour lposition initiale seffectue en gnral par un ressort.

    1.2.2 Vrin double effet :

    Dans un vrin double effet, la sortie et la rentre de la tige seffectue par lapplication de la

    pression, alternativement, de part et dautre du piston. Les vrins double effet sont utilisslorsquon a besoin deffort important dans les deux sens.

    Remarque : Dans les vrins on peut trouverdautres fonctions complmentaires telque : amortissement de fin de course,capteur de position, dispositifs dedtection, etc.

    1.3. Vrins spciaux

    Vrins sans tige

    Vrins rotatifs

    rins compacts

    Symbole

    ir

    Effort

    ir Air

    fforts

    Symbole

    Vrin pneumatique avec capteur de fin de course( LS

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    FONCTION Convert i r54

    1.4. Caractristiques et performances dun vrin :

    Le fonctionnement dun vrin dpend des caractristiques suivantes :Le diamtre du piston ;La course de la tige ;La pression dalimentation.

    Le choix et le dimensionnement dun vrin seffectuent en fonction de leffort transmettre.

    Exemple:Un vrin ayant un piston de diamtre D = 8 mm etaliment par une pression de 6 bar (60000 Pa) fournitun effort sortant: F = (pxxD) / 4 soit 3016 N.

    1.5. Exemple d'utilisation des vrins pneumatiques:

    2. LE GENERATEUR DE VIDE OU VENTURI :

    Un gnrateur de vide ou venturi est un actionneur pneumatique dont le rle est de transformerlnergie pneumatique en surpression en une nergie pneumatique en dpression.

    Un venturi est composdun jecteur muni duneconduite dair plus troite duct de lentre et dunorifice, perpendiculaire laconduite, servant connecterla ventouse. Le passage de laircomprim dans le conduitprovoque une dpression etentrane avec lui lair prsentdans lorifice perpendiculaire.Par consquent, une aspirationse produit au niveau de laventouse.

    ir

    com rim

    spiration

    Ejecteur

    Symbole

    Principe du venturi

    Ventouse

    D

    jectionarquage

    AssemblageFormage

    Serrage

    Transfert

    Pivotement

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    Chapi t re 2 Actionneurs pneumatiques 55

    E X E R C I C E R E S O L UDans un autobus, le vrin utilis pour ouvrir ou fermer la porte

    est un vrin double effet. Sachons que le diamtre:du piston D=40mm ;de la tige d=15mm ;

    La pression est gale : P=6bar

    1- Calculer :a) l'effort thoriqueFo pour ouvrir la porte.b) l'effort thoriqueFf pour fermer la port