Expression du besoin (Intérêt de l’activité) A qui rend-il service ? Support utilisé Sur quoi agit-il ? Aux élèves des Sciences de l’Ingénieur de Première Les connaissances de l’entité générique « Alimenter » Activité de formation Sécateur INFACO Dans quel but ? Consignes de sécurité Permettre aux élèves d’identifier, de caractériser, de quantifier les formes d’énergies et les paramètres d’entrée et de sortie de la fonction « Alimenter » Le démontage d’un appareil ne peut être envisagé que déconnecter du réseau électrique. Etude des fonctions de service « Permettre à l’utilisateur de recharger les batteries » « Assurer la fourniture d’énergie électrique » Solutions constructives Permettre à l’utilisateur de recharger les batteries Assurer la fourniture d’énergie électrique Disposer d’une énergie électrique adaptée Chargeur Adapter la connectique Prise « phono » Stocker l’énergie Batteries Nickel Cadmium Problématique : comment réaliser l ‘alimentation en énergie électrique d’un système embarqué ? 1 Les objectifs de l’activité pratique sont de mesurer les paramètres importants de la batterie d’accumulateurs utilisée pour alimenter le sécateur INFACO, ainsi que de vérifier ses performances par rapport au besoin exprimés dans le cahier des charges. Déroulement de l’activité. Analyse fonctionnelle du sécateur et du dispositif de charge – Point de vue maintenance. Analyse du cahier des charges. Documents utilisés : Document de référence sur les accumulateurs « Ref_accumulateurs.doc » Document de référence sur les signaux « Ref_signaux.doc » Travail demandé. Analyse fonctionnelle. I Dossier technique du sécateur INFACO. Ce dossier allégé correspond à un extrait du dossier technique du sécateur. Il contient les informations nécessaires à la réalisation de cette séance de travaux pratiques. I 1 Eléments du cahier des charges fonctionnel. I.1.1 Caractéristiques techniques et économiques. * Capacité de coupe moyenne (en fonction du bois) : 25 mm * Effort de coupe : 1000 N à mi-bois * Cadence en charge moyenne : 60 cp/mn * Cadence à vide : 100 à 160 cp/mn * Poids du sécateur : 900 gr * Tension d’alimentation du sécateur : 48 1,2 Volts * Puissance moyenne 30 Watts * Capacité de la batterie Nickel Cadmium : 4,5 ampèreheure * Durée d’utilisation moyenne sans recharge : environ 8 heures * Poids de la batterie : 2,5 kg * Tension d’alimentation du chargeur : 230 Volts ; 50Hz * Puissance du chargeur : 24 Voltampères * Temps de charge moyen : 12 heures * Rendement global de la chaîne cinématique 0,7. * Chaîne cinématique : moteur électrique, réducteur à engrenages, écrou et vis à billes, biellettes, lames. * Fonctionne en sécurité conformément au code du travail, article R233-100 (doigts, isolation galvanique, bruit). 2 * Stable au repos. * Coût d'acquisition inférieur à 1200 euros. * Durée de vie : 6 ans soit 6 000 000 coupes mini * Coût d'exploitation de 50 euros par an. * Coût de renouvellement des accumulateurs 800 euros (tous les 5 ans). Soulignez les caractéristiques techniques en relation avec la fonction « Alimenter » du sécateur. I.1.2 Description technique L'ensemble sécateur électronique INFACO est constitué de : * Un sécateur électronique, * Une ceinture contenant une batterie d’accumulateurs, * Un boîtier électronique, * Un chargeur de batterie. I.2 Analyse fonctionnelle I.2.1 Système sécateur La frontière d’étude est définie dans ce paragraphe comme l’ensemble sécateur (partie opérative) + commande. La fonction globale du système est représentée ci-dessous par le niveau A-0 d'un point de vue utilisateur. Cette fonction est "COUPER UNE BRANCHE". * La matière d'œuvre entrante est une branche non coupée. * La matière d'œuvre sortante est une branche coupée. (BATTERIE # 48 V CC) SECATEUR ELECTRONIQUE INFACO Nous avons mis en évidence, cours « Architecture des systèmes pluritechniques », la relation qui existe entre l’expression de la fonction globale et le point de vue. Exprimez à l’aide du diagramme SADT niveau A-0, la fonction globale point de vue technicien de maintenance. 3 I.2.2 Système dispositif de charge. La frontière d’étude est définie dans ce paragraphe comme l’ensemble chargeur + batterie. La fonction globale du système est représentée ci-dessous par le niveau A-0 d'un point de vue technicien de maintenance. * La matière d'œuvre entrante est une batterie déchargée (C0 < 4,5 Ah). * La matière d'œuvre sortante est une batterie rechargée (C1 > C0). Définissez la fonction globale qui n’a pas été représentée sur l’actigramme ci-dessus. Analyse du cahier des charges. II Problématique technique Comment vérifier l’adéquation des paramètres de la batterie d’accumulateurs fournis par le constructeur avec les besoins définis dans le cahier des charges fonctionnel du sécateur ? II.1 Partie préparatoire II.1.1 Constitution de la batterie La batterie utilisée comme la majorité des batteries est constituée d’accumulateurs branchés en série. Lorsque n accumulateurs sont branchés en séries, la tension totale est égale à la somme des tensions des n accumulateurs. La capacité de la batterie est la capacité de l’élément le plus faible. Le courant qui parcourt le circuit est le même en tout point. IT UT A l’aide du cahier des charges du sécateur et du document ressource, calculez le nombre n d’accumulateurs utilisés pour réaliser la batterie. Les accumulateurs étant tous identique déterminez leur capacité nominale. En vous aidant du schéma équivalent d’un accumulateur, donnez l’expression de la résistance interne rT de la batterie en fonction de la résistance interne r de chaque accumulateur. On ne dispose que des accumulateurs de l’extrait du catalogue SANYO du document ressource. Comment satisfaire le cahier des charges de la batterie ? 4 Chaque accumulateur défini précédemment sera remplacé par deux accumulateurs SANYO montés en parallèle. Lorsque n accumulateurs sont branchés en parallèle, la tension est la même aux bornes de chaque élément. La capacité de la batterie est la somme des capacités des n accumulateurs. L’intensité du courant total est la somme des intensités débitées par chaque élément. IT UT Choisissez les accumulateurs SANYO et argumentez votre choix. Votre choix étant fait, calculez le poids des accumulateurs devant être placé dans la ceinture. Conclure sur le choix des accumulateurs du catalogue SANYO que l’on vous a imposé pour satisfaire le cahier des charges. 5