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https://sites.google.com/site/profsi2015/

SCIENCES DE L’INGENIEUR Manuel de cours

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chaîne d'énergie

Genious
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Table des matières

Alimenter ................................................................................................................................................. 5

.I Introduction : ............................................................................................................................................................. 5

.II Situation : ..................................................................................................................................................................... 5

Energie Electrique : Réseau national : ................................................................................................... 6

.I Définition : .................................................................................................................................................................... 6

.II Caractéristiques : ...................................................................................................................................................... 6

.III Principe de production ........................................................................................................................................... 6

.IV Grandeur physique de l’énergie électrique .................................................................................................... 7

Energie électrique : Alimentation autonome ........................................................................................ 12

.I Piles et Accumulateurs ......................................................................................................................................... 12

.II Groupe électrogène ............................................................................................................................................... 12

.III Eoliennes .................................................................................................................................................................... 12

.IV Panneaux solaires .................................................................................................................................................. 13

.V Applications : ........................................................................................................................................................... 13

Convertir une tension Ac en une tension Dc ........................................................................................ 14

.I Intérêt : ....................................................................................................................................................................... 14

.II Principe : .................................................................................................................................................................... 14

.III Adapter la tension Réseau .................................................................................................................................. 15

.IV Redresser la tension .............................................................................................................................................. 16

.V Filtrer la tension redressée ................................................................................................................................ 17

.VI Application : (Voir Manuel d’activités) ......................................................................................................... 17

.VII Réguler la tension filtrée ..................................................................................................................................... 18

.VIII Lisser le courant ..................................................................................................................................................... 18

.IX Stabiliser la tension par diode Zener ............................................................................................................. 18

Isoler et protéger une installation électrique ........................................................................................ 19

.I Sectionneur ............................................................................................................................................................... 19

.II Relais thermique ..................................................................................................................................................... 19

.III Disjoncteur ................................................................................................................................................................ 20

.IV Fusibles ....................................................................................................................................................................... 20

.V Application et Exercices ...................................................................................................................................... 20

Alimenter en Energie Pneumatique ...................................................................................................... 21

.I Production de l'énergie pneumatique ........................................................................................................... 21

.II Groupe de Conditionnement .............................................................................................................................. 22

.III Grandeurs Physiques ............................................................................................................................................ 22

.IV Applications et Exercices .................................................................................................................................... 22

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Distribuer : ............................................................................................................................................ 23

.I Présentation : ........................................................................................................................................................... 23

.II Situation ..................................................................................................................................................................... 23

Distribuer l’énergie électrique : ........................................................................................................... 23

.I Contacteurs (courant fort) ................................................................................................................................. 24

.II Relais (Courant faible) ......................................................................................................................................... 27

.III Relais statique ......................................................................................................................................................... 28

.IV Applications : ........................................................................................................................................................... 28

Distribuer en Modulation de l’énergie ................................................................................................. 29

.I Fonction : ................................................................................................................................................................... 29

.II Principe : .................................................................................................................................................................... 29

.III Types de convertisseur statique ....................................................................................................................... 29

.IV Interrupteurs utilisés ............................................................................................................................................ 30

.V Hacheur ...................................................................................................................................................................... 31

.VI Redresseur commandé ......................................................................................................................................... 32

.VII Gradateurs : .............................................................................................................................................................. 32

.VIII Onduleur .................................................................................................................................................................... 34

Distribuer l’énergie Pneumatique et Hydraulique ............................................................................... 35

.I Distributeurs ............................................................................................................................................................ 35

.II Règles de câblage ................................................................................................................................................... 38

.III Schéma pneumatique ........................................................................................................................................... 38

CONVERTIR ......................................................................................................................................... 43

.I Situation : .................................................................................................................................................................. 43

Moteur à courant continu...................................................................................................................... 43

.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 43

.II Symbole: ..................................................................................................................................................................... 43

.III Constitution: ............................................................................................................................................................. 44

.IV Types de moteurs CC ............................................................................................................................................. 44

.V Principe ...................................................................................................................................................................... 44

.VI Modèle équivalent du moteur à courant continu ..................................................................................... 44

.VII Relations fondamentales..................................................................................................................................... 45

.VIII Variation de la vitesse du moteur ................................................................................................................... 45

.IX Sens de rotation d'u Moteur CC ........................................................................................................................ 45

.X Bilon des Puissances et rendement ................................................................................................................. 46

.XI Applications: ............................................................................................................................................................. 46

Moteurs asynchrones triphasés ............................................................................................................. 47

.I Principe et Symboles ............................................................................................................................................. 47

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.II Constitution: moteur asynchrone triphasé ................................................................................................. 47

.III Caractéristiques ...................................................................................................................................................... 48

.IV démarrage des Moteurs Asynchrones ........................................................................................................... 50

Moteur pas à pas ................................................................................................................................... 53

.I Introduction ............................................................................................................................................................. 53

.II Symbole : .................................................................................................................................................................... 53

.III Constitution .............................................................................................................................................................. 53

.IV Principe de fonctionnement: ............................................................................................................................. 54

Vérins Pneumatiques ............................................................................................................................. 55

.I Fonction ..................................................................................................................................................................... 55

.II Constitution .............................................................................................................................................................. 55

.III Types de verins : ...................................................................................................................................................... 56

.IV Détermination d'un vérin ................................................................................................................................... 58

.V Réglage de la vitesse ............................................................................................................................................. 59

.VI Application : ............................................................................................................................................................. 59

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Alimenter

.I Introduction :

Alimenter ;

Distribuer ;

Convertir ;

Transmettre

.II Situation :

Pour agir sur la matière d'œuvre, un système automatisé a besoin d’énergie, qui

subira de nombreux traitements pour être adaptés à la nature de l'action sur la

matière d'œuvre. La chaine d’énergie traite donc ces aspects qui peuvent être

modélisés par les fonctions génériques qui s'appliquent sur la plupart des

systèmes ; il s'agit des fonctions :

Chaine d’Energie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer

Agir sur la MO

MOE

MOS

Chaine d’Energie Alimenter Convertir Transmettre Distribuer

Energie Electrique

Alimentation Secteur ’’Réseau ONE”

Alimentation Autonome : Locale

Energie Pneumatiques

Energie Hydraulique

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Energie Electrique : Réseau national :

.I Définition :

.II Caractéristiques :

Courant alternatif

Fréquence 50 Hz

Tensions : 220V simple / 380V composée

.III Principe de production

III.1 Alternateur triphasé

On appelle réseau électrique l'ensemble des infrastructures permettant d'acheminer l'énergie

électrique des centrales électriques (sites de production), vers les consommateurs d'électricité.

�� =�

La rotation d’un aimant ou un électroaimant à vitesse constante Ns devant 3 bobines fixes

disposées à 120° l'une de l'autre Crée 3 tensions alternatives déphasées de 120° l'une par

rapport à l'autre de fréquence f tel que :

Ns: vitesse de rotation de l’alternateur en Tr/s f : fréquence des tensions produites en Hz p : nombre de paires de pôles de l’alternateur.

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III.2 Exemple de centrale électrique

III.3 Fonction d’un Alternateur

.IV Grandeur physique de l’énergie électrique

IV.1 Courant Continu

1.1 Intensité du courant continu

Le courant électrique s'exprime en Ampères (A) 1.2 Tension électrique

La tension électrique s'exprime en Volts (V)

� (s)

� (A)

Alternateur

Energie Mécanique Energie Electrique Convertir l'Energie Mécanique en

Energie Electrique Energie primaire : Vent, Eau Génération de la Vapeur

Monophasée Triphasée

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1.3 Loi des nœuds

1.4 Loi des mailles

1.5 Convention des Dipôles :

1.6 Loi d’Ohm

Maille ABCDA:

UAD- UAB– UBC+ UDC=0

Générateur : U.I > 0 Récepteur : U.I < 0

U.= RI

Branche AC:

UAC– UAD-UDC=0

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1.7 Diviseur de tension

1.8 Diviseur de courant

1.9 Puissance et Énergie électrique

IV.2 Applications et Exercices :

(Voir manuel d’activités)

IV.3 Courant alternatif monophasé

3.1 Valeurs instantanées

P= U.I

E = P.t

U: Volts (V) I: Amperes (A) P: Watts (W) E: Joules ou Watts heure (J) ou Wh t: temps (s)

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3.2 Valeurs efficaces

3.3 Dephasage couront tesion selon la charge :

Résistance φ=0

Bobine

φ=π/2

Condensateur

φ= -π/2

3.4 Puissance Active

3.5 Puissance réactive

3.6 Puissance Apparente

IV.4 Courant alternatif triphasé

L’énergie électrique est produite, transportée et consommée sous forme de systèmes triphasés. Un système triphasé est dit équilibré si les valeurs efficaces des 3 courants sont égales.

P= U.I Cos(φ)

V = ��

√� I =

��

√�

U: en Volts I: Ampers P: Watts Q:en V.A.R S:en V.A Φ : déphasage courant / tension en rd

L

R

C

Q= U.I Sins(φ)

S= U.I

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4.1 Tensions simples

Tensions entre phase et neutre. : V= U1 = U2 = U3 4.2 Tensions composées

Tensions entre phases U= U12 = U23 = U31.

4.3 Puissance Active en W

4.4 Les récepteurs triphasés

Un récepteur triphasé est constitué par trois récepteurs monophasés identiques peuvent être couplés de manières :

Couplage Etoile Couplage Etoile

P=√� U.I Cos(φ)

U=√3 V=400 V

V=230 V

Chaque récepteur est soumis à la tension

simple du réseau Soit : V=230 V

= 230 V

Chaque récepteur est soumis à la tension

composée du réseau Soit : U = 400 V

U=√3 V I=√3 J

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Energie électrique : Alimentation autonome

.I Piles et Accumulateurs

L’énergie électrique est produite par effet chimique:

un accumulateur est rechargeable inversement à une pile

I.1 Capacité (en Ah)

I.2 Exemple :

L’iPhone 6 embarque une batterie de 1810 mAh fonctionnant en 3,82V, (soit 6,91 Wh), l'iPhone 5s dispose quant à lui d'un accumulateur de 1560 mAh (soit 5,92 Wh)

I.3 Energie et puissance

.II Groupe électrogène

L’alternateur est entraîné par un moteur thermique

.III Eoliennes

L’alternateur est entraîné par le vent grâce aux pales.

La capacité est à la charge maximale pouvant être fournie par l’accumulateur, ou la pile

L’énergie massique d’une pile se situe entre 100 et 300 Wh/kg ;

L’énergie volumique peut être évaluée de 0,25 à 1,5 Wh / cm3.

� = �.�

�� = �.��

� = �.�

Q en ( Ah) : Quantité d’électricité débitée par le courant

pendant une durée dt :

P : en W : Puissance fournie par le générateur:

W : en (Wh) ou J : Energie W fournie par la pile

1 Wh = 3600 J

Pales

Multiplicateur

Alternateur

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.IV Panneaux solaires

L’énergie solaire est, en réalité, produite par deux types de panneaux

IV.1 Panneaux solaires thermiques :

Ils convertissent le rayonnement solaire en chaleur nécessaire à évaporer l’eau qui entrainera

la turbine d’un alternateur.

IV.2 Panneaux solaires photovoltaïques :

Ils convertissent la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique propre à

certains matériaux appelés semi-conducteurs (silicium cristallin) « L’effet photovoltaïque »

.V Applications :

(Voir manuel d’activités)

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Convertir une tension Ac en une tension Dc

.I Intérêt :

Certain actionneurs « Moteur » fonctionnent en courant continu d’où l’inter de convertir la

tension du réseau AC en tension DC

.II Principe :

II.1 Réalisation pratique :

II.2 Schémas électrique :

……………………….

……………………….

……………………….

……………………….

……………………….

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.III Adapter la tension Réseau

III.1 Principe du transformateur :

III.2 Rapport de transformation

III.3 Puissance apparente

III.4 Symboles :

Transformateur

220 V 50 Hz 12 V 50 Hz

Adapter la tension Ac

� =���

��=

����

U1 : tension primaire

U20 : tension a vide secondaire

N : nombre de spires

S : puissance apparente en V.A

S = U I

S1 = S2 S1 = U1.I1 S2 = U20.I2

Le transformateur est :

Élévateur de tension. Si m>1

Abaisseur de tension Si m<1

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).sin(.2)( tVtv

).sin(.2)( tVtv

.IV Redresser la tension

Cette fonction est réalisée à l’aide d’un Pont de diodes Graetz

IV.1 Redressement simple alternance

IV.2 Valeur moyenne :

IV.3 Redressement double alternance

IV.4 Valeur moyenne :

IV.5 Symboles :

Redresseur

12 V 50 Hz 12 V Redressée Redresser la tension AC

)(tv V(t) )(tuU(t)

)( tv

)( tu

����� =�

�.� �(�)��

=�

�.� �.√�.���(��) .��

�/�

Diodes Alternance positive Alternance négative

D1 ............................ ............................ D2 ............................ ............................ D3 ............................ ............................ D4 ............................ ............................

Compléter par passante ou bloquée

����� =�.√�

Us moy

)( tv

)( tu

)( tv)( tu

����� =�.�.√�

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.V Filtrer la tension redressée

Cette fonction est réalisée à l’aide d’un condensateur

V.1 Principe :

Le condensateur en se chargeant et en se déchargeant diminue l’ondulation du signal

redressé

V.2 Symbole :

V.3 Capacité C pour un taux d’ondulation T

La qualité du filtrage est définie par le taux d’ondulation T Le signal est meilleur si la valeur C est suffisamment grande.

.VI Application : (Voir Manuel d’activités)

Calculer la valeur du condensateur de filtrage pour une alimentation devant fournir au minimum 12V. I=1A, Taux d'ondulation =10%

………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………

C= �.∆�

∆�

∆U : Tension aux bornes du condensateur

∆t : Temps de décharge (environ 8ms)

I : Courant débité par le redresseur

C : Capacité du condensateur

∆U/Umax : Taux d'ondulation (en %)

Filtrer la tension redressée

Filtre

Tension Redressée

Tension Filtrée

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.VII Réguler la tension filtrée

VII.1 Fonction du régulateur

VII.2 Schéma électrique :

Le 7812 maintien la sortie a 12 V

Le 7815 maintien la sortie a 15 V

.VIII Lisser le courant

Cette fonction est réalisée à l’aide d’une bobine L.

.IX Stabiliser la tension par diode Zener

Régulateur

Tension filtrée

Tension Continue

Réguler la tension

La diode Zéner devienne passante dans le sens inverse à partir d'une tension dite zéner qui ne

varie plus à ses bornes.

C’est un composant électronique à base de semi conducteur qui permet de de tension qui

maintenir constante la tension de sortie

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Isoler et protéger une installation électrique

.I Sectionneur

I.1 Fonction:

I.2 Symbole

.II Relais thermique

II.1 Fonction :

II.2 Symbole

Sectionneur

Installation sous tension

Installation hors tension

Isoler (mettre hors tension) une installation électrique

Relais thermique

Installation non protégée

Installation protégée

Protéger contre Contre les

surcharges et coupures de phase

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.III Disjoncteur

III.1 Fonction :

III.2 Symboles

.IV Fusibles

IV.1 Fonction :

IV.2 Symbole électrique

.V Application et Exercices

(Voir manuel d’activités)

Disjoncteur

Installation non protégée

Installation protégée

Protéger contre les incidents de

surcharge ou court-circuit.

Fusibles

Installation non protégée

Installation protégée

Protéger contre les incidents de

surcharge ou court-circuit.

Sectionneur disjoncteur

contacteur intégrés

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Alimenter en Energie Pneumatique

.I Production de l'énergie pneumatique

I.1 Installation pneumatique industrielle

I.2 compresseuer

2.1 Symbole :

2.2 Principe :

……………………………………………………………………

Energie mécanique

Compresseur

Energie Pneumatique

La source de cette énergie est l’air comprimé par un compresseur et stocké dans un réservoir Accumulateur.

Reservoir Accumulateur

Compresseur

Groupe de conditionnement

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.II Groupe de Conditionnement

II.1 Fonction :

Trois fonctions de base sont nécessaires pour assurer le bon traitement de l’air

II.2 Symbole normalisé

.III Grandeurs Physiques

III.1 Pression

La force mécanique produite par l’énergie pneumatique est liée à la pression par la relation : III.2 Débit :

C’est le volume du fluide, qui s'écoule au droit d'une section, pendant l'unité de temps en m3/s.

.IV Applications et Exercices

(Voir Manuel d’activité)

Q = V .S

F : Force résultante en N

P : Pression en Pascals (Pa)

S : Surface en m2

V : Vitesse en m/s

Q : Débit en m3/s

1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 Pa = 1 daN/cm2 1 bar = 105 N/m2

Composant Filtre Régulateur de pression

Lubrificateur

Symbole

Fonction Filtrer : éliminer les impuretés et l’eau condensée

Adapter la pression

Lubrifier : (à l’aide d’une huile de lubrification)

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Distribuer :

.I Présentation :

.II Situation

Distribuer l’énergie électrique :

Deux possibilités peuvent être envisagées : Distribuer l’énergie électrique en

Distribuer l’énergie

Ordre de la chaine d’information ou PC

Pré actionneurs

Energie distribuée vers les actionneurs

Energie disponible

Chaine d’Energie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre

Contacteurs

Relais

Variateurs de vitesse

Distributeurs

1 : TOR

Tout ou rien Le flux d'énergie existe

ou n'existe pas

Contacteurs Relais électromagnétiques Relais statiques

2 : Modulation de l’énergie

L’énergie est distribuée de façon graduelle

Redresseur commandé Gradateur Onduleur Hacheur Variateurs de vitesse

La fonction « distributeur l’énergie » est assurée par des constituants de la chaine d’énergie

appelés : Pré actionneurs

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.I Contacteurs (courant fort)

I.1 Fonction

I.2 Principe :

I.3 Symbole normalisé :

I.4 Contacts auxiliaires de commande

NO : Normalement Ouvert NF : Normalement Fermé Contact Inverseur

Contact (NO) temporisé au travail

Bobine équipée d’un bloc temporisé au travail Contact (NF) temporisé au repos

Bobine équipée d’un bloc temporisé au repos

Associés aux actionneurs électriques de puissance, principalement les moteurs les

contacteurs sont aptes à commander de forts courants. Le contacteur dispose d’un

pouvoir de coupure

Circuit de puissance Circuit de commande

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I.5 Exemple d’utilisation :

5.1 Cablage d’un moteur asynchrone triphasé

H2

H1

Disjoncteurs

Contacteur

Sectionneur

Moteur

Relais thermique

Arrêt d’urgence

Bouton d’Arrêt

Bouton de marche

Transformateur

Signalisation : Présence tension :

Signalisation : Disfonctionnement

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5.2 Schéma électrique

Identifier le nom des composants sur le schéma : I.6 Fonctionnement

Une impulsion sur S3 enclenche KM1 qui s’autoalimente (par son contact auxiliaire Km1). Le moteur tourne. Une impulsion sur S2 provoque l’arrêt. Le moteur s’arrête

……………………………………

……………………………………

……………………………………

……………………………………

……………………………………

……………………………………

……………………………………

………………………………

……………………………………

Circuit de puissance Circuit de commande

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.II Relais (Courant faible)

II.1 Relais électromagnétique

1.1 Principe

1.2 Symbole

1.3 Commande par transistor

Rappel : le transistor

Transistor Bloqué Transistor Saturé

Le transistor T permet de réaliser un interrupteur commandé par un courant ou une tension.

La diode D permet de protéger le transistor contre la surtension, due à la charge inductive de la bobine KA »lors de l’ouverture du circuit « T Bloqué »

Ils permettent de commander un circuit de puissance à partir d’un circuit de commande.

Il sert également à commander plusieurs organes simultanément grâce à ses multiples

contacts synchronisés.

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.III Relais statique

1.1 Principe

Le contact est assuré par la conduction d'un triac piloté par optocoupleur pour garantir

l'isolement électrique entre commande et puissance :

1.2 Avantages :

.IV Applications :

(Voir manuel d’activité)

Durée de vie illimitée 50 fois supérieure à celle d’un relais électromécanique.

Fréquence de commutation élevée (jusqu'à 80 fois par seconde)

Fonctionnement silencieux

Compatibilité avec les environnements sévères

faible puissance de commande

l’enclenchement au zéro de tension et l’arrêt au zéro de courant limitera

considérablement les émissions électromagnétiques du relais statique.

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Distribuer en Modulation de l’énergie

.I Fonction :

.II Principe :

.III Types de convertisseur statique

E SYMBOLE S FONCTION APPLICATIONS

AL

TE

RN

AT

IVE

AL

TE

RN

AT

IVE

Gradateur Cyclo-convertisseur

Démarrage des moteurs Variation de vitesse Variation éclairage Fours électriques

CO

NT

INU

E

Redresseur commandé

Récepteurs en continu, Variation de vitesse

CO

NT

INU

E

AL

TE

RN

AT

IVE

Onduleur

Variation de vitesse Alimentation en alternatif (site isolé avec des panneaux solaires ou des batteries)

CO

NT

INU

E

Hacheur variation de vitesse des moteurs à courant continu

Distribuer l’énergie graduellement

Convertisseur statique

Signal d’entré

Signal de sortie variable

Commande

Amplitudes, fréquences, phases.

Un modulateur d'énergie est un montage utilisant des interrupteurs électroniques de

puissance permettant, par un séquencement adapté de ces derniers, de faire varier:

La vitesse d'un moteur (continu ou alternatif)

la tension dans une alimentation continue variable

l'éclairage d'une lampe

la température d'un four

………………………

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.IV Interrupteurs utilisés

Les interrupteurs électroniques sont des composants à semi-conducteurs que l'on peut commander. C'est pour cela qu'ils ont 3 bornes IV.1 Symbole général :

Interrupteurs électroniques unidirectionnels IV.2 Transistor

La commutation se fait par injection d'un courant de base ib IV.3 Thyristor

Un thyristor est une diode commandée par une gâchette Pour qu’il soit passant il lui faut une tension VAk positive ET un courant de gâchette IV.4 Triac

Le triac est équivalent à la mise en parallèle de deux thyristors montés tête-bêche. Il peut contrôler le flux de courant sur les deux alternances positive et négative du signal..

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.V Hacheur

Il convertit une tension continue fixe en tension continue variable

V.1 Application :

Varier la vitesse d’un moteur à courant continu

V.2 Schemas de principe :

V.3 Rapport cyclique

V.4 Tension de sortie

V.5 Application :

H est un interrupteur unidirectionnel Quel est le rôle de la diode D ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. Quel est le rôle de la bobine L ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. Sachant que pour L suffisamment grand le courant i est pratiquement constant donner les valeurs des tensions UL, Uc, UM, UD, UH dans les deux états de l’interrupteur H

Etat de H UL Uc UM UD UH

Ouvert Fermé

Ve

Vcc

Vcc

Ve

T

Ton= α.T

Usmoy Toff

α =���.

T: Période

f= 1/T : fréquence de hachage

Ton : temps « Interrupteur fermé»

Tof : temps « Interrupteur ouvert»

Ve : signal de commande

Vcc : Alimentation continu Ex 12o V

Le transistor commandé T s'ouvre et se ferme périodiquement suivant le signal Ve

Usmoy = α.VCC

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.VI Redresseur commandé

VI.1 Pont Mixte

Le retard à l'amorçage (α) des thyristors permet de régler la valeur moyenne de la tension Us et donc la vitesse d'un moteur à courant continu par exemple.

D1,D2 : diodes

Th1, Th2 : thyristors

.VII Gradateurs :

VII.1 Gradateur à angle de phase

Il permet d'obtenir une tension alternative variable à partir d'une tension alternative fixe, à l’aide de thyristors ou triac.

Le réglage du retard à l'amorçage (α) permet de régler la valeur de la tension de sortie Us

˷

˷ ˷

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VII.2 Application :

Soit le gradateur ci contre tel que: α =π/2, V réseau 230 V, charge résistive R (180 Ω),

1) Calculer la tension efficace V charge

2) Calculer la puissance P dissipée dans la charge R

Réponse : Us = 162V, P = 145 W VII.3 Gradateur à train d'ondes.

Quand le temps de réaction de la charge est lent, on utilise le gradateur à train d'ondes : Exemple : four électrique industriel

3.1 Schéma de principe :

Identique à l'angle de phase 3.2 La puissance moyenne fournie à la charge :

On laisse passer le courant pendant un nombre n entier de périodes : c’est tc, le temps de

conduction. Ensuite on bloque le gradateur à l’occasion d’un passage à 0, puis on laisse passer

de nouveau pendant le temps tc, etc… Chaque série de n alternances est appelée train

d’onde

tc : temps de conduction réglable en secondes

Tc : période du cycle en secondes

P nominale = U.I.cos

���� = �.��������.��

��

Us = Ue, pendant tc

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.VIII Onduleur

Les onduleurs convertissent une tension continue fixe en une tension alternative de fréquence fixe ou variable

VIII.1 Schéma de principe

VIII.2 Commande MLI

Pour obtenir une vitesse variable pour un moteur alternatif, l'onduleur fait varier la fréquence

de la tension V :( Le rapport cyclique α = 0,5 donc la valeur moyenne est nulle)

La commande MLI (Modulation largeur d’Imputions) permet d'obtenir une valeur moyenne de

la tension V pratiquement sinusoïdale

Pour obtenir une tension sinusoïdale, il est

nécessaire de filtrer cette tension rectangulaire.

˷

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Distribuer l’énergie Pneumatique et Hydraulique

.I Distributeurs

I.1 Principe :

I.2 Symbole normalisé

Les différents types de distributeurs sont identifiés par le nombre d’orifices et de positions.

Un distributeur est composé principalement d’un corps, d’un tiroir, des orifices d'entrée et

de sortie du fluide ou de l’air et une ou deux commandes de pilotage

Orifices: 1,2,3,4,5

Pilotage ou commande

Positions:

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I.3 Designation des distributeurs

Les distributeurs sont désignés par :

Le nombre d’orifices (compter sur une case)

Le nombre de positions du tiroir (Nombre de case)

Le type de commande : Pilotage

I.4 Repérage des orifices :

1 : orifice d’alimentation en air comprimé,

2 : et 4 orifices d’utilisation,

3 : et 5 orifices d’échappement,

12 : l’orifice de pilotage mettant la voie 1-2 en pression,

14 : orifice de pilotage mettant la voie 1-4 en pression,

10 : orifice de pilotage ne mettant aucune voie en pression.

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I.5 Distributeurs monostables

Le distributeur possède une commande par ressort

(Repérer les orifices)

I.6 Distributeurs bistables

Le distributeur possède deux pilotages de même nature

(Repérer les orifices) I.7 Distributeurs 3 positions

Distributeur monostable Distributeur bistable

2/2

3/2

4/2

5/2

Distributeurs 3 positions

4/3

Centre fermé Centre à l’échappement

5/3

Centre fermé Centre à l’échappement Centre ouvert

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.II Règles de câblage

.III Schéma pneumatique

III.1 Principaux accessoires

1 ….…………..

2 ………………..

3 …….……..….

4 ………………

5 ………………

A connaître par cœur

Représenter les connexions sur une seule case

Pour le 3/2 ou 4/2 l’alimentation se fait par l’orifice de gauche de la case concernée

Représente le distributeur dans la position du pilotage actif sur le schéma.

L’état de la tige du vérin doit être en rapport avec la position du distributeur.

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III.2 Auxiliaires de distribution et canalisation

Composants Symboles Composants Symboles

Réservoir

Alimentation d’air comprimé

Sécheur, déshydrateur

Séparateur manuel (purge)

Lubrificateur

Filtre

Manomètre

Débitmètre

Régulateur de pression

Soupape de sécurité

Vanne

Réducteur de débit

Clapet anti retour

Clapet anti retour avec ressort

Réducteur de débit réglable

Réducteur de débit unidirectionnel réglable

Sélecteur de circuit, fonction OU

Sélecteur à deux entrées, fonction ET

Echappement

Silencieux

Croisement de canalisation

Raccordement de canalisation

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III.3 Exemple de Schémas :

3.1 Pneumatique :

Identifier les elements constituants l’installation

La tige de piston d’un vérin à double effet doit sortir sous l’action manuelle :

D’un bouton poussoir OU D’une pédale.

Après avoir atteint la position de fin de course, la tige du vérin revient à sa position initiale

avec réduction à l’échappement (contrôle la vitesse d’entrée de la tige du vérin) si :

Le bouton poussoir OU la pédale est relâchée.

…………………….

…………………….

…………………….

…………………….

…………………….

……………………. ……………………. …………………….

…………………….

…………………….

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3.2 Technologie électropneumatique

Circuit de puissance Fonctionnement :

La tige complétement rentrée S0 = 1, action sur le bouton poussoir Bp1 provoque la commande du distributeur 4/2 coté YV1 par suite la tige du vérin sort a vitesse rapide puisque l’électrovanne YV2 est commandée par le contact Km Lorsque la tige arrive à la position détectée par S1 la bobine du relais KM n’est plus alimentée et le distributeur 2/2 en position bloquée, la tige du vérin se déplace à vitesse lente jusqu'à S2 qui commande l l’électrovanne YV0 , la tige rentre à vitesse rapide jusqu'à S0

Circuit de commande

Electrovanne

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3.3 Installation hydraulique

III.4 Applications :

Voir Manuel d’activités

Un circuit d’hydraulique industriel est représenté schématiquement par des symboles

conventionnels normalisés.

Un schéma hydraulique représente toujours l’équipement en position repos ou initiale

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CONVERTIR

.I Situation :

Moteur à courant continu

.I Fonction

.II Symbole:

L'objet technique qui réalise la fonction Convertir est appelé Actionneur.

Chaine d’Energie Alimenter Distribuer Convertir Transmettre

Moteurs :

Moteur cc

Moteur Asynchrones

Moteur synchrone

Moteur Pas à Pas

Electroaimant

Pompes hydrauliques

Moteurs hydrauliques

Compresseurs

Générateurs de vide

Energie électrique

Hydraulique et pneumatique

Convertir l'Energie Electrique en

Energie Mécanique

Moteurs CC

U.I C.ω

Pertes

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.III Constitution:

La machine à courant continu estconstituée de trois parties principales :

.IV Types de moteurs CC

Moteur à aimant Moteur à excitation parallèle Moteur à excitation série .V Principe

.VI Modèle équivalent du moteur à courant continu

U = E+ I R

Collecteur :

Stator : Aimant ou ectroaimant

Rotor :

U = E+ I R Ue = Ie r

Pour moteur à stator bobiné

Dans chaque spire alimentée et placée dans le champs

magnétique de l’induit, se crée une force électromotrice.

La somme de toutes les forces électromotrices des spires Notée : E

est proportionnelle à la vitesse de rotation :

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.VII Relations fondamentales

VII.1 Couple

VII.2 Vitesse angulaire

.VIII Variation de la vitesse du moteur

.

.IX Sens de rotation d'u Moteur CC

la vitesse N(tr/min) d'un moteur cc est proportionnelle à la force electromotrice E, par suite à

la tension à ses bornes, d’où l’utilisation d’un hacheurs pour varier sa vitesse

R : Résistance interne des conducteurs (Induit : Rotor)

E : Force électromotrice

U : Tension d’alimentation

I : Courant dans l’induit

Ie : Courant d’excitation Inducteur « stator »

Ke (en V/rd/s) constante de vitesse

Ke’ (en V/tr/min) constante de vitesse

Kc (N.m/A) constante de couple

N (tr/min) vitesse de rotation

U = E+ I R Ue = Ie r

C = kc.I

E = ke.� E = ke’.N

Us = α Ue

Us = E+ I R

E = ke’.N

Us

Inverser le sens de rotation d’un moteur cc, revient à Inverser la polarité de sa tension

d’alimentation

Le pont H à 4 transistors permet de commander le moteur cc dans 2 sens de rotation avec

possibilité de contrôler sa vitesse «Fonctionnement Hacheur ».

T1 et T2

T3 et T4

Sens 1

Sens 2

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.X Bilon des Puissances et rendement

1.1 Puissance utile

C'est la puissance mécanique produite par le moteur pour entraîner la charge : 1.2 Puissance absorbée

C'est la puissance électrique absorbée par le moteur pour entraîner la charge :

Moteur à aimant Moteur à électroaimant

1.3 Puissance de Pertes

Pertes joule Pertes constantes : Pc mesurées à vide (mécanique due au frottement et magnétique dans le fer)

1.4 rendement

.XI Applications:

XI.1 Série d’exercices :

Voir manuel d’activité

Pu = C.ω

Pa = U.I

Pa = U.I + Ue.Ie

P= R.Im2 P= R.Im2 + re.Ie2

� = ��

��

La plaque signalétique d'un moteur à courant continu indique :

Pu = 36,3 kW, N = 1150 tr/min U = 440V, I = 95,5A

Calculer le couple utile, la puissance absorbée et le rendement.

Réponse : Cu = 301,4 Nm Pa= 42 kW Rendement =86%

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Moteurs asynchrones triphasés

.I Principe et Symboles

.II Constitution: moteur asynchrone triphasé

Stator:enroulement ou bobinage relié au réseau.

Rotor: enroulement induit, en général en court-circuit (cage d’écureuil) ou à rotor

bobiné

Ce type de moteur est couramment utilisé dans l’industrie en raison de sa robustesse, de sa

fiabilité et de son faible coût.

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.III Caractéristiques

III.1 Vitesse de Rotation

a Vitesse statorique (champ tournant)

b Vitesse Rotorique (Arbre Moteur)

III.2 Bilan des Puissances:

2.1 Puissance Absorbé

a Moteurs asynchrone triphasé

b Moteurs asynchrone monophasé

2.2 Puissance Utile

2.3 Rendement :

�� =��.�

Ns: Tour/min

f: Hz

p: Nombre de pairs de pôles.

N: Tour/min

g : Glissement en : %

� = ��(1 − �)

g:=Ns − N

Ns

�� = √�.�.�.���∅

�� = �.�.���∅

�� = �.� � =�.�.�

��.

ղ =��

��.

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III.3 Commande du sens de rotation des moteurs

KM1 fermé KM2 fermé

Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il suffit d’intervertir deux phases.

Un verrouillage mécanique évite la fermeture des deux contacteurs KM1 et KM2 simultanément.

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.IV démarrage des Moteurs Asynchrones

IV.1 Démarrage direct :

Le démarrage direct est utilisé pour les moteurs de petites puissances inférieures à 5 kW

1.1 Schémas

1.2 Chronogramme

Circuit de Puissance Circuit de Commande

Q1: Sectionneur KM1: Contacteur F1: Relais Thermique S2: Bouton « marche » S1: Bouton «d’arrêt»

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IV.2 Démarrage ETOILE TRIANGLE

Le démarrage s’effectue en deux temps Vitesse lente : Couplage étoile : Contacteurs KM1 et KM3 actifs

Vitesse rapide : Couplage triangle : Contacteurs KM1 et KM4 actifs

Le bloc temporisé KM1 et ces contacts associés Km1-2 et Km1-3 se chargent de la commande des contacteurs KM3 et KM4.

2.1 Schémas

2.2 Chronogramme

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2.3 Réalisation pratique

Commande d’un moteur asynchrone triphasé deux vitesse un seul sens de rotation

Fonctionnement :

(Voir cours sur les moteurs asynchrones sur ce manuel)

Disjoncteur

Contacteurs

Moteur Circuit de

commande

Bloc temporisé

Circuit de puissance

Sectionneur

1) Impulsion sur PB START: les contacteurs K1 et K3 s’enclenchent le moteur démarre à vitesse lente

et le bloc temporisé est actif

2) Relâchement de PB START le moteur demeure en marche à vitesse lente le bloc temporisé est actif

3) Apres le temps T réglé sur le bloc temporisé le contacteur K3 se déclenche K2 s’enclenche le

moteur tourne à vitesse rapide

4) Impulsion sur PB STOP les contacteurs K1 et K2 se déclenchent et le moteur s’arrête

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Moteur pas à pas

.I Introduction

.II Symbole :

.III Constitution

Le moteur pas à pas est un moteur qui tourne en fonction des impulsions électriques reçues dans

ses bobinages. L'angle de rotation minimal entre deux modifications des impulsions électriques

s'appelle un Pas.

Stator : plusieurs bobines.

Rotor : aimants permanents.

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.IV Principe de fonctionnement:

Moteur 4 Pas Le passage d'un courant, successivement dans chaque bobinage, fait tourner le rotor d’un Pas. Pas N :1 Pas N :2 Pas N :3 Pas N :4

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Vérins Pneumatiques

.I Fonction

.II Constitution

Convertir l’énergie

Energie : Pneumatique Hydraulique

Vérins

Energie mécanique

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.III Types de verins :

III.1 Le vérin simple effet

1.1 Symbole :

1.2 Constitution :

III.2 Le vérin double effet

2.1 Symbole :

Tige simple Avec amortissement 2.2 Constitution

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III.3 vérins spéciaux

3.1 Vérin Rotatif

L’énergie du fluide est transformée en mouvement de rotation ; L’angle de rotation peut varier entre 90 et 360°

3.2 Vérin à tige télescopique

il permet des courses importantes tout en conservant une longueur repliée raisonnable.

3.3 Multiplicateur de pression

Il permet à partir d’une pression d’air (P en X), d’obtenir un débit d’huile à une pression plus élevée (P en Y : 10 à 20 fois plus élevée que P en X)

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.IV Détermination d'un vérin

IV.1 course d’un verinn :

longueur du déplacement à assurer

IV.2 Efforts théoriques fournit par le vérin

IV.3 Efforts réels pour soulever une charge

IV.4 Vitesse d’un vérin

IV.5 Puissance utile d’un vérin

IV.6 Puissance absorbée (hydraulique) :

Fr= T.Fth

Fth= poussée théorique (daN) S = surface utile du piston (cm²) p = pression de service (bar)

T : Taux de charge en %

V : vitesse (en m/s)

Q : débit volumique (en m3/s)

S : Surface (en m2)

PU : en Watt

F : en N

PA : en Watt

Q : en m/s

P pression en Pascal Pa

V : Vitesse en m/s

PU= P.V

PA= Q.P

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.V Réglage de la vitesse

Régulateur de débit unidirectionnel RDU

.VI Application :

VI.1 Voir manuel d’activite

VI.2 Exercice

Soit le verin hydraulique ci contre

Calculer 1) la valeur de la vitesse moyenne v de sortie du vérin (résultat arrondi à 0,01 m/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 2) la valeur de la section S du piston (m²) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 3) la valeur du débit moyen Q de l’huile pendant la sortie de la tige (m3/s) ; .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 4) la puissance hydraulique P nécessaire (watts). ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Débit maximum Débit réduit