001 Chaine energie

Chaîne d’énergie
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I. Nature de l’énergie :
Pour réaliser une action, la majorité des systèmes utilisent de l’énergie électrique (qui est très répandue)
Ou de l’énergie pneumatique (sous forme d’air comprimé utilisé dans les systèmes industriels).
1°) L’énergie pneumatique
 La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C’est une force appliquée sur une
: se caractérise par deux grandeurs ;
 Le débit noté Q et exprimé en m3/s
surface;
Avec 1 Pa = 1 N/m² et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm²
La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W):
2°) L’énergie électrique :
La puissance électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) :
3°)
se caractérise par deux grandeurs ;
 La Tension notée U et exprimée en Volt (V)
 L’intensité notée I et exprimée en Ampère (A)
La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :
L’énergie mécanique :
a) L’ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION : se caractérise par deux grandeurs ;
 La vitesse de translation notée V et exprimée en mètres par seconde (m/s)
 La force motrice du déplacement notée F et exprimée en Newtons (N)
b) L’ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION : se caractérise par deux grandeurs :
 La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ;
 Le couple moteur de la rotation notée C et exprimée en Newtons×mètres (N.m)
La puissance mécanique de rotation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :
Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ;
l’énergie calorifique sous forme de chaleur
Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps
RENDEMENT :
Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie
a un rendement η = (η < 1 car Pe = Ps + Pertes)
Pour assurer des fonctions de service, beaucoup de produits utilisent une chaîne d’énergie qui apporte la quantité et
La forme d’énergie au bon moment pour réaliser l’action désirée
Force en Newton: N
N
S
F
P
=
Pméca = C x ω
Watt N. m rd/s
60
2.π.N
ω =
Vitesse de rotation
en tr/min
ALIMENTER
TRANSMETTRE
Type d’énergie
Energie électrique
Ou pneumatique
Energie distribuée Energie mécanique Energie disponible
pour réaliser l’action
DISTRIBUER
CONVERTIR
Chaîne d’énergie
Ppneu = Q x P
Watt m3/s Pascal
Pélec = U x I
Watt Volt Ampère
Pméca = F x V
Watt Newton m/s
Ps
PE
Energie d’entrée (Pe)
Pertes d énergies
Transformer
l’énergie
Elément
Présence d’ordre
Surface ( m2)
Energie de sortie (Ps)

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II. LA FONCTION ALIMENTER :
1°)
• L’énergie hydraulique de l’eau des barrages
Alimenter un produit en énergie électrique :
 À l’aide des « prises de courant » raccordées par
des conducteurs au réseau d’alimentation en courant alternatif
Les sources principales d’énergie électrique sont des centrales qui utilisent:
• L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon
• L’énergie thermique nucléaire : Fission de l’uranium 235
• L’énergie éolienne : exploitation de la force du vent
Pour produire de l’énergie électrique, une turbine (une hélice) est entraînée en rotation par un débit d’eau
(dans une centrale hydraulique), de la vapeur (dans une centrale thermique) ou du vent (dans une centrale
éolienne), entraîne en rotation un alternateur qui produit l’électricité.
A la sortie des centrales des transformateurs élèvent la tension pour transporter l’énergie électrique
A l’approche du point de consommation l’énergie électrique est abaissée et distribuée sous forme d’un
réseau (triphasé + Neutre: pour application industrielle. Phase + Neutre: pour application domestique)
Raccordement au secteur
Ph1
Ph2
Ph3
N
380v
380v
380v
220v
220v 220v
Réseau triphasé
Centrale thermique
Centrale thermique nucléaire
Centrale hydraulique

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 À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :
Des piles
: non rechargeables
Des batteries
que les piles puisqu’ils sont rechargeables
ou piles rechargeable plus économiques
 À l’aide d’alimentation locale
Des cellules photovoltaïques
des batteries pour alimenter des produit a faible consommation.
qui assurent la recharge
Une éolienne de petite puissance peut constituée une alimentation autonome
Air comprimé
p > p atm
Compresseur d’air
+ Réservoir d’air
Transformer
et stocker
Contrôle des seuils
de pression
Air ambiant
p = p atm
Ordre de marche
Batterie d’automobile
Cellules photovoltaïques
Onduleur
Eclairage
Électroménager
Régulateur
Batteries
Éolienne
Pile rechargeable
Pile non rechargeable
Exemple d’alimentation locale
Multiplicateur
Hélice
Production de l’énergie Pneumatique
Symbole :
Source d’énergie pneumatique
Le FILTRE élimine
les impuretés
Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression
Le LUBRIFICATEUR
Pulvérise des gouttes
d’huile pour graisser les
éléments mobiles
Ensemble de conditionnement
Production de l’énergie pneumatique
Alternateur
2°) Alimenter un produit en énergie pneumatique :
À l’aide d’un compresseur d’air + réservoir d’air, un ensemble de conditionnement
et un réseau d’alimentation pour acheminer l’air sous pression aux systèmes

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III. LA FONCTION CONVERTIR :
1°)
Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique :
a) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU
Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation
Symbole :
b) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF
Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation
Symbole :
c) MOTEUR PAS A PAS :
Il est très utilisé dans les appareils électroniques :
imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . .
Symbole :
Moteur alternatif triphasé
(Utilisé dans le domaine industriel) Moteur à courant alternatif
Moteur alternatif monophasé
(Très utilisé dans les appareils domestiques)
M
∼
M
Moteur à courant continu
M
Energie
Électrique
(I, U
)
Convertir l’énergie
électrique en énergie
mécanique de rotation
Energie mécanique
de rotation
(C , ω )
Moteur électrique
Pertes (chaleur)
Moteur à courant continu
Moteur pas à pas
Structure d’un moteur à courant continu
Moteur pas à pas

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2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique :
a) VERIN PNEUMATIQUE
On distingue principalement deux types de vérin : Double effet et simple effet
a- 1) VERIN DOUBLE EFFET
Dans un vérin double effet; l'air comprimé alimente les deux chambres alternativement.
Un système que nous étudieront ultérieurement permet de vider une chambre pendant que l'autre se remplit.
Fonctionnement
Energie mécanique de
translation
(F, V)
Chambre avant reliée à
la source de pression
Chambre arrière reliée à
l’échappement
Chambre arrière reliée à
l’échappement
Chambre avant reliée à la
source de pression
Pour rentrer la tige
Pour sortir la tige
Vérin standard
Orifice arrière
Chambre arrière
Chambre avant
Orifice avant
Tige
Corps
Orifice avant
Orifice arrière
Piston
Piston
Orifice arrière
Tige
Mini vérin
Symbole
:
Energie
pneumatique
(P, Q
)
Convertir l’énergie
pneumatique en énergie
mécanique de
translation
Vérin pneumatique
Pertes (chaleur)