tp panneau solaire
DESCRIPTION
panneau solairepanneau solaireTRANSCRIPT
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TP de consolidation PCSI-CI4-02
Corrig : Panneau solaire asservi
1re activit Analyse de la structure du systme
- Faire fonctionner le systme. Identifier et rpertorier les tches qu'il ra-
lise. En dduire les chanes fonctionnelles correspondantes. On pourra pour cela redessiner la structure ci-contre en l'adaptant au systme tudi.
lobservation du fonctionnement, on constate que, lors du dplacement du soleil (ou de la source lumineuse), le panneau est anim de 2 mouvements distincts et indpendants qui cor-respondent aux tches suivantes :
positionner le panneau en azimut (rotation autour dun axe vertical) ;
positionner le panneau en lvation (rotation autour dun axe horizontal).
Chaque mouvement est donc ralis par une chane fonctionnelle distincte, ce qui donne res-pectivement :
la chane fonctionnelle dazimut ;
la chane fonctionnelle dlvation.
- Dessiner les diagrammes A0 et A0 qui traduisent l'organisation fonctionnelle selon un point de vue systme.
Selon un point de vue systme, cest la position du panneau qui est importante. On peut donc proposer lorganisation fonctionnelle suivan-te :
M1
Panneau solaire asservi
POSITIONNER LE PANNEAU EN DIRECTION DU SOLEIL
Panneau en position
quelconque
E1
RglagesC1
S1
Panneau orient vers
le soleil
Prsence du soleil
C2
M1
Rglages
Panneau en position
quelconque
Positionner en lvation
Positionner en azimut
Panneau solaire asservi
E1 S1
C1
Panneau orient vers
le soleil
CF d'azimut CF d'lvation
Prsence du soleil
C2
Le niveau A0 propos place les deux tches au mme niveau hirarchique afin de mettre en vidence le fonctionnement non squentiel du panneau en mode suivi du soleil. En effet, dans ce mode, les 2 chanes fonctionnel-les ont un fonctionnement qui nest pas prdfini lavance et qui est donc indpendant du temps.
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- Si le diagramme A0 prcdent ne le met pas en vidence, prciser si les tches sont ralises de faon indpendante ou si elles le sont de faon squentielle.
Si, dans le mode suivi du soleil le fonctionnement est indpendant du temps, par contre, dans le mode repli, le fonctionnement est bien squentiel.
- Dans le cas o les tches sont organises de faon squentielle, prciser quelles sont les informations qui dclenchent leur activit et celles qui mettent fin leur activit.
Dans le mode repli, le fonctionnement est le suivant :
tche 1 le panneau se met lhorizontale (orientation plein Nord) ;
tche 2 ensuite il se positionne lEst.
Linformation qui met fin la tche 1 et qui dclenche la tche 2 est linformation dlivre par le capteur de fin de course Nord.
Linformation qui met fin la tche 2 est linformation dlivre par le capteur de fin de course Est.
2e activit tude de la chane d'action d'une CF ou du systme
Si le systme est constitu de plus d'une CF, en choisir une.
- En observant la CF choisie ou le systme, identifier les diffrents constituants qui
interviennent dans la chane d'action.
On choisit la chane fonctionnelle dlvation dans laquelle on peut identifier facilement les constituants suivants :
MoteurRducteur roueet vis sans fin
Manchond'accouplement
Rducteur engrenages
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- Rcapituler les rsultats de l'observation dans une reproduction de la figure ci-dessous.
Les constituants observs prcdemment participent la constitution de la chane daction selon la disposition suivante :
CONVERTIR TRANSMETTRE
AGIR SURLA
MATIREDUVRE
Chane d'action
Moteur lectrique
Rducteur engrenages
Rducteur roueet vis sans fin
Axe et fixationavec le panneau
3e activit tude de l'actionneur de la CF ou du systme
- En observant l'actionneur et l'aide des lments du dossier technique, dfinir ses grandeurs dentre et de sortie.
Lactionneur est ici un moteur lectrique courant continu :
grandeur dentre : nergie lectrique caractrise par un courant continu de 12V et une intensit qui peut varier de 0,22A 7,22A ;
grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple de 48 mNm une vitesse de 8267 tr.mn-1.
- Expliquer son principe de fonctionnement. On pourra pour cela utiliser la documenta-tion technique du constructeur et/ou rechercher des informations l'aide de l'onglet "Dossier technique", ou en cliquant ici, ou en cherchant sur Google, ou l'aide de la documentation technique du laboratoire.
Le moteur lectrique courant continu est constitu dune partie fixe appele stator mu-nie dun bobinage constituant linducteur et dune partie tournante appele rotor munie dun bobinage constituant linduit. Le champ magntique gnr par le courant qui circule dans les bobinages cre un couple qui fait tourner le rotor.
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4e activit tude des transmetteurs de la CF ou du systme
Pour chacun des transmetteurs mis en vidence la 2e activit et l'aide de la malette ou du composant (pice dtache) qui accompagne le systme :
- En observant le transmetteur et l'aide des lments du dossier technique, dfinir les grandeurs dentre et de sortie.
Les transmetteurs sont ici des rducteurs :
grandeur dentre : nergie mcanique de rotation en provenance du moteur ou de lautre rducteur ;
grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple accru et une vitesse de rotation rduite.
- l'aide d'un schma, expliquer son principe de fonctionnement. On pourra pour cela utiliser la documentation technique du constructeur et/ou rechercher des informations l'aide de l'onglet "Dossier technique", ou en cliquant ici, ou en cherchant sur Google, ou l'aide de la documentation technique du laboratoire.
Rducteur engrenages
Ce rducteur tait disposition dans la mallette qui accompagne le panneau solaire. La figure ci-dessous en donne une perspective.
Bti
Arbre de sortie
P2 R2
P3
R3
P4 R4
P5
R5
R1 {
2e traind'engrenage
{4e traind'engrenage
{ {5e traind'engrenage3
e t
rain
d'e
ngre
nage
Un engrenage est constitu dun pignon (Pi) et dune roue dente (Ri).
Un rducteur engrenages est constitu dun ou plusieurs trains dengrenages monts en cascade comme le montre cette figure et le schma cinmatique de la page suivante. Ici, il y a 5 trains dengrenages axes parallles.
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Arbre dentre(axe du moteur)
Bti
Arbre de sortie
Arbre intermdiaire 1
1er traind'engrenage
{
2e traind'engrenage
{
Arbre intermdiaire 2
Arbre intermdiaire 3
Arbre intermdiaire 4
3e traind'engrenage
{
4e traind'engrenage
{
5e traind'engrenage
{Rducteur roue et vis sans fin
Ce rducteur tait disposition dans la mallette qui accompagne le panneau solaire. La figure ci-dessous en donne une perspective.
Arbre dentre Vis sans fin
Arbre de sortie
Roue denteBti
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Un rducteur roue et vis sans fin est constitu dune vis qui en-grne avec une roue dente. Laxe de la vis et laxe de la roue sont orthogonaux, comme le montre le schma cinmatique ci-contre.
Arbre dentre(vis sans fin)
Arbre de sortie
Bti
Rouedente
- Dfinir un protocole de mesure pour dterminer la caractristique de transfert du
transmetteur. Mettre en uvre ce protocole pour obtenir la valeur de cette caractristique. Donner une expression gnralise de cette caractristique de transfert.
Pour dterminer la caractristique de transfert (rapport de transmission) dun rducteur, il suffit de mesurer les vitesses de rotation lentre et la sortie et den faire le rapport :
Cette mesure ncessite lutilisation dun tachymtre.
En labsence de tachymtre ou dimpossibilit de raliser la mesure, on peut compter le nom-bre de tours que doit faire larbre dentre pour que larbre de sortie tourne dun tour, ce qui donne .
Le rapport de transmission peut tre calcul de faon prcise partir de la connaissance du nombre de dents (not z) ou du diamtre des pignons et roues dents.
Rducteur engrenages
Pour calculer de faon prcise le rapport de transmission dun rducteur, il suffit de connatre le nombre de dents des roues menes et des roues menantes puis den faire le rapport :
Ici, les roues Ri sont menes et les pignons Pi sont menants.
P1 est le pignon port par laxe du moteur.
Le tableau ci-dessous rcapitule les nombres de dents et le calcul de 1.
Train dengrenage n Calcul de 11 2 3 4 5 Produits 1
zRi 35 31 31 31 38 39622030198,5
zPi 11 9 12 12 14 199584
REMARQUE Le document constructeur donne un rapport de 200.
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Rducteur roue et vis sans fin
Pour dterminer la caractristique de transfert (rapport de transmission) dun rducteur roue et vis sans fin, il suffit de faire le rapport du nombre de filets de la vis par le nombre de dents de la roue :
Ici, la vis a un filet au pas et la roue a 100 dents. Donc 2 = 100.
Activit de synthse (activit obligatoire)
- Construire un schma blocs qui traduit et synthtise le comportement de la chane d'action de la CF ou du systme tudi.
Moteur lectrique
Rducteur engrenages
Rducteur roue et vis
sans fin
nergielectrique
nergiemcanique
nergiemcanique
nergiemcanique
U, I C1, !1 C, !C2, !2
- Raliser une synthse de ce qu'il est important de retenir de ce TP propos :
de la nature des grandeurs d'entre et de sortie des actionneurs et des transmetteurs (de faon gnrale) ;
Pour lactionneur de type moteur lectrique :
grandeur dentre : nergie lectrique caractrise par une tension et un courant ;
grandeur de sortie : nergie mcanique de rotation caractrise par un couple et une vitesse angulaire.
de la caractristique de transfert de chacun des principaux transmetteurs (relations gnrales).
Pour un rducteur engrenages, la caractristique de transfert est :
Pour un rducteur roue et vis sans fin, la caractristique de transfert est :