Telechargé par ayoube essadeq

001 Chaine energie

publicité
Chaîne d’énergie
TCT
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 : se caractérise par deux grandeurs ;
 Le débit noté Q et exprimé en m3/s
 La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C’est une force appliquée sur une
P= F
S
1 Pa = 1 N/m²
Force en Newton: N
surface;
Avec
2
Surface ( m )
N
et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm²
La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W):
2°) L’énergie électrique : 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 électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) :
3°) L’énergie mécanique :
a) L’ ENERGIE
MECANIQUE DE TRANSLATION
P pneu = Q x P
Watt
m3/s
Pascal
P élec = U x I
Watt
Volt
Ampère
: 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)
La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) :
b) L’ ENERGIE
MECANIQUE DE ROTATION
P m éca = F x V
Watt
: se caractérise par deux grandeurs :
Newton
 La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ; ω =
 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) :
m/s
2.π.N
60
Vitesse de rotation
en tr/min
P m éca = C x ω
Watt
N. m
rd/s
Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ;
l’énergie calorifique sous forme de chaleur
RENDEMENT :
Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie
Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps
a un rendement η =
Ps
PE
(η < 1 car Pe = Ps + Pertes)
Energie de sortie (Ps)
Energie d’entrée (Pe)
Transformer
l’énergie
Pertes d énergies
Elément
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
Type d’énergie
Energie électrique
Ou pneumatique
Energie distribuée
Energie mécanique
Energie disponible
pour réaliser l’action
Présence d’ordre
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR
TRANSMETTRE
Chaîne d’énergie
Proposé par MADAK
Page 1/29
Chaîne d’énergie
TCT
II. LA FONCTION ALIMENTER :
1°) 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 hydraulique de l’eau des barrages
• L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon
Raccordement au secteur
• 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)
Ph1
Ph2
Ph3
380v
380v
380v
220v
N
220v
220v
Réseau triphasé
Centrale hydraulique
Centrale thermique
Centrale thermique nucléaire
Proposé par MADAK
Page 2/29
Chaîne d’énergie
TCT
 À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :
 Des piles : non rechargeables
 Des batteries ou piles rechargeable plus économiques
que les piles puisqu’ils sont rechargeables
 À l’aide d’alimentation locale
Pile non rechargeable
Des cellules photovoltaïques qui assurent la recharge
Pile rechargeable
des batteries pour alimenter des produit a faible consommation.
Batterie d’automobile
Une éolienne de petite puissance peut constituée une alimentation autonome
Hélice
Multiplicateur
Alternateur
Cellules photovoltaïques
Eclairage
Éolienne
Régulateur
Électroménager
Onduleur
Batteries
Exemple d’alimentation locale
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
Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression
Contrôle des seuils
de pression
Ordre de m arche Le FILTRE élimine
Air am biant
p = p atm
Ensemble de conditionnement
les impuretés
Transformer
et stocker
Compresseur d’air
+ Réservoir d’air
Air com prim é
p > p atm
Le LUBRIFICATEUR
Pulvérise des gouttes
d’huile pour graisser les
éléments mobiles
Symbole :
Source d’énergie pneumatique
Production de l’énergie Pneumatique
Production de l’énergie pneumatique
Proposé par MADAK
Page 3/29
Chaîne d’énergie
TCT
III. LA FONCTION CONVERTIR :
1°) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique :
Energie
Électrique
Convertir l’énergie
électrique en énergie
mécanique de rotation
(I , U )
Energie m écanique
de rotation
(C , ω )
P ertes (chaleur)
Moteur électrique
a) MOTEUR
ELECTRIQUE A COURANT CONTINU
Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation
Symbole :
M
Moteur à courant continu
Moteur à courant continu
b) MOTEUR
ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF
Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation
Symbole :
M
∼
Moteur alternatif triphasé
(Utilisé dans le domaine industriel)
c)
MOTEUR PAS A PAS
:
Moteur alternatif monophasé
(Très utilisé dans les appareils domestiques)Moteur à courant alternatif
Il est très utilisé dans les appareils électroniques :
imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . .
Symbole :
M
Moteur pas à pas
Moteur pas à pas
Structure d’un moteur à courant continu
Proposé par MADAK
Page 4/29
Chaîne d’énergie
TCT
2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique :
a) VERIN
PNEUMATIQUE
Energie
pneum atique
(P , Q )
Convertir l’énergie
pneumatique en énergie
mécanique de
translation
Energie m écanique de
translation
(F, V)
P ertes (chaleur)
Vérin 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.
Orifice arrière
Orifice arrière
Orifice avant
Tige
M ini vérin
P iston
Orifice arrière
Corps
Orifice avant
Vérin standard
Piston
Tige
Symbole :
Cham bre avant
Cham bre arrière
Fonctionnement
Cham bre arrière reliée à
l’échappem ent
Cham bre avant reliée à
la source de pression
Pour rentrer la tige
Proposé par MADAK
Cham bre avant reliée à la
source de pression
Cham bre arrière reliée à
l’échappem ent
Pour sortir la tige
Page 5/29
Chaîne d’énergie
TCT
Un vérin double effet produit un effort dans les deux sens (sortie de la tige et rentrée de la tige).
Relation effort- pression
Chambre arrière reliée
à la source de pression
Chambre avant reliée
à l’échappem ent
Chambre arrière reliée
à l’échappem ent
Chambre avant reliée
à la source de pression
Force de poussée
(Fpoussée)
Diamètre
Dpiston
Force de traction
(Ftraction)
Diamètre
Dpiston
Diamètre
dtige
Surfaces utiles du piston subissant la pression
sont différentes côté avant et côté arrière
Surface utile arrière Sarrière
Sarrière = π . R2 = π . D2/4
Fpoussée = P . Sarrière
Surface utile avant Savant
Savant = π . ( R2 - r2 ) = π . (D2 - d2 ) /4
Ftraction = P . Savant
F : effort de la tige en Newton (N).
P : pression du fluide en Pascal (Pa).
1 bar = 1.10 +5 Pa
S : surface utile du piston (m2)
a- 2) VERIN
SIMPLE EFFET
Dans un vérin simple effet l'air comprimé alimente seulement une chambre et produit une force dans un
seul sens. Le retour en position initiale s'effectue sous l'action d'un ressort.
Symbole
Orifice
Vérin simple effet Tige sortante
R essort de rappel
Piston
Vérin simple effet Tige rentrante
Cham bre avant
Fonctionnement
Chambre arrière reliée
Chambre arrière reliée
à l’échappem ent
à la source de pression
Force de pousseé
(Fpoussée)
Proposé par MADAK
Cham bre arrière
Retour sans force
Sous l’action du ressort
Page 6/29
Chaîne d’énergie
TCT
Structure d’un vérin simple effet et double effet
b) VERIN
ROTATIF
Energie
pneum atique
Convertir l’énergie
pneumatique en énergie
mécanique de rotation
(p, q)
Energie m écanique
de rotation
(C, ωs)
P ertes (chaleur)
Vérin rotatif
Vérin rotatif
Symbole :
P erceuse : visseuse - dévisseuse
Utilisant un Vérin rotatif
Moteur pneumatique
Alimentation en
air comprimé
Vers l’échappement
Principe d’un vérin rotatif
C) GENERATEUR
DE VIDE
Energie
pneum atique
(p, q)
:
Convertir l’énergie
pneumatique (p>patm) en
énergie pneumatique (p<patm)
Energie
pneum atique
(p, q)
P ertes (chaleur)
Générateur de vide
Proposé par MADAK
Page 7/29
Chaîne d’énergie
TCT
Principe effet Venturi
L’air comprimé, en passant dans l’étranglement prévu à l'intérieur provoque une accélération du flux
d'air qui provoque une dépression qui aspire l’air dans l’espace étanche ventouse - objet la ventouse
Générateur de vide
= Air comprimé + Air aspiré
Air aspiré
objet
Symbole
IV. LA FONCTION DISTRIBUER :
1°) Le contacteur électrique
Le contacteur permet : d’établir ou interrompre un fort courant électrique ainsi que :
La commande à distance d’un circuit électrique sans effort manuel,
 L’automatisation des machines de production et l’amélioration de la sécurité de fonctionnement.
Ordres de commande
énergie électrique
disponible
(U, I )
Symbole
Fonctionnement
énergie électrique
distribuée
Distribuer l’énergie
électrique
(U, I )
P ertes (chaleur)
Contacteur électromagnétique
Contacteur
Contacteur
Un contacteur électromagnétique est constitué par :
* Un électro-aimant (bobine + noyau de fer) qui attire
des contacts mobiles lorsqu’il reçoit un courant de la
partie commande.
* Plusieurs contacts à établissement du circuit
(contacts de puissance)
Proposé par MADAK
Page 8/29
Chaîne d’énergie
TCT
Position de repos
Position de travail
La bobine ne reçoit pas l’ordre de commande
(elle n’est pas alimentée) tous les contacts sont
ouverts ; le moteur n’est pas alimenté
La bobine reçoit l’ordre de commande (elle est alimentée)
tous les contacts sont fermés ; le moteur est alim enté
2°) Distributeur électropneumatique :
Energie pneum atique
en provenance du com presseur
(p, q)
Ordre de commande électrique
Energie pneum atique
distribuée
Distribuer l’énergie
pneumatique
(p, q)
P ertes (chaleur)
Distributeur
Ils permettent d'alimenter les vérins pneumatiques vus précédemment.
a) DISTRIBUTEUR 5/2
(pour vérin double effet)
Il possède :
* 5 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 2 pour l'utilisation (Vers vérin),
2 pour l'échappement
* 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Vers vérin
Constitution
Tiroir
Commande
manuelle
Commande
manuelle
2
4
échappem ent
Com m ande m anuel
Orifices
Symbole
2 cases ⇔ 2 positions
Té d’obturation
3é
c
Source de pression
5
1
Distributeur 5/ 2
2 orifices d’utilisation Vers vérin
Voie de circulation
Le sens est indiqué par la flèche
2 orifices
d’échappement
Orifice relié à la
source de pression
Distributeur 5/2
Proposé par MADAK
Page 9/29
Chaîne d’énergie
TCT
La position du tiroir permet d’orienter la circulation du fluide dans le distributeur.
Position 2
Position 1
é
c
h
a
Source de pression échappem ent
échappem ent
Source de pression
Fonctionnement
Principe de fonctionnement d’un distributeur 5/2
Commande du distributeur
A chaque position du tiroir est associée une commande qui peut être un électro-aimant, un ressort, ...
Commande par ressort
Si le distributeur possède une seule commande d'un coté
et un ressort de l'autre il est dit m onostable
(a une position stable commandée par le ressort
lors qu’il n’y a pas d’ordre de commande)
Commande par électro-aimant
Si le distributeur possède une commande de chaque coté
il est dit bistable (a deux positions stables lors
qu’il n’y a pas d’ordre de commande)
Position com m andée par
Un ressort (position stable)
Distributeur 5/2 m onostable
Distributeur 5/2 bistable
P osition com m andée par
Un électro-aim ant
b) DISTRIBUTEUR 4/2 (pour vérin double effet)
Il possède :
* 4 orifices :
1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression), 1 pour l'utilisation (Vers vérin),
2 pour l'échappement
* 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Symbole :
Distributeur 4/2
Proposé par MADAK
Page 10/29
Chaîne d’énergie
TCT
Fonctionnement
Position 1
Position 2
c) DISTRIBUTEUR 3/2 (pour vérin simple effet)
Il possède :
* 3 orifices : 1 pour l'arrivée de pression (vers la source de pression),
1 pour l'utilisation (Vers vérin), 1 pour l'échappement
* 2 positions : 1 de repos, 1 de travail
Symbole :
Distributeur 3/2
Fonctionnement :
Position1
Position2
Le pilotage des distributeurs est réalisé par des commandes pneumatiques, électriques, manuelles ou mécaniques.
Type de pilotage les plus courants :
Commande manuelle
BP
levier
d) EXEMPLES D’ UTILISATION
Proposé par MADAK
Commande
Commande mécanique pneumatique
galet
ressort
pression
Commande électrique
bobine
électrovanne
DE VERINS
Page 11/29
Chaîne d’énergie
TCT
V. LA FONCTION TRANSMETTRE :
Transmettre l’énergie mécanique consiste à : Adapter l’énergie mécanique ou Transformer l’énergie mécanique
Transmettre
l’énergie mécanique
Adapter
l’énergie
mécanique
On adapte l’énergie mécanique lorsqu’on modifie ses caractéristiques.
Exemple : réduction de la vitesse de rotation
Transformer
l’énergie
mécanique
On transforme l’énergie mécanique lorsque l’on modifie la nature du
mouvement.
Exemple : Rotation  Translation
1°) Adapter l’énergie mécanique
a) ENGRENAGES
CYLINDRIQUES A DENTURES DROITES
Energie m écanique
de rotation
Energie m écanique
de rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
(Ce, ωe)
(Cs, ωs)
P ertes (chaleur)
Symbole
Engrenages cylindriques
∅ D sortie
∅ D entrée
Zsortie Dents
 Rapport de réduction
r =
ω sortie
=
N sortie
D entrée
=
Z entrée
Z entrée Dents
=
N entrée
D sortie
Z sortie
ω entrée
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Z : Nombre de dents d’une roue
Le rapport de réduction est fonction du Nombre de dents des roues de l’engrenage.
b) POULIES
COURROIE
Energie m écanique
de rotation
(Ce, ωe)
Energie m écanique
de rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
Poulie de sortie
(Cs, ωs)
(Diamètre D entrée)
P ertes (chaleur)
Poulie d’entée
Système poulies courroie
Symbole :
 Rapport de réduction
r =
ω sortie
ω entrée
=
( diamètre D sortie)
N sortie
N entrée
D entrée
=
D sortie
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Courroie
Poulie de sortie
Le rapport de réduction est fonction des diamètres des poulies
Poulie d’entée
Proposé par MADAK
Page 12/29
Chaîne d’énergie
c) ROUE
TCT
ET VIS SANS FIN
Energie m écanique
de rotation
(Ce, ωe)
Energie m écanique de
rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
(Cs, ωs)
P ertes (chaleur)
Symbole :
Symbole :
Système roue et vis sans fin
 Rapport de réduction
ω sortie
r =
N roue
=
ω entrée
Z vis nombre de filets
Vis sans fin
Z vis
=
N vis
Z roue
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Z vis : Nombre de filets du vis ; Z roue : Nombre de dents de la roue
Z roue Dents
Le rapport de réduction est fonction du nombre de filets de la vis sans fin et du nombre de dents de la roue dentée.
d) ENGRENAGES
CONIQUES DENTURES DROITES
Energie m écanique
de rotation
(Ce, ωe)
Energie m écanique
de rotation
Adapter l’énergie
mécanique de rotation
(Cs, ωs)
P ertes (chaleur)
Symbole :
Engrenages coniques
 Rapport de réduction
r =
ω sortie
ω entrée
N sortie
=
D entrée
=
N sortie
Z entrée
=
N entrée
D sortie
ω : Vitesse angulaire d’une roue en rad/s
N : Vitesse de rotation d’une roue en tr/min
D : Diamètre d’une roue
Z sortie
Z sortie
Z entrée
N entrée
Le rapport de réduction est fonction des Nombre de dents des roues de l’engrenage
2°) Transformer l’énergie mécanique
a) SYSTEME
A LEVIER
Transformer l’énergie
Energie m écanique
mécanique de translation en
de translation
énergie mécanique de
rotation
(Ve, Fe)
b) SYSTEME
(Ce, ωe)
.
(ωS, Cs)
P ertes (chaleur)
Levier
Système à levier
VIS ECROU
Energie m écanique
de rotation
Energie m écanique
de rotation
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation
Energie m écanique de
translation
(FS, Vs )
P ertes (chaleur)
Système vis écrou
d= pθ
Déplacement (m)
Proposé par MADAK
Pas (m)
Nombre de tours (tour)
Page 13/29
Chaîne d’énergie
TCT
c) POULIES- COURROIE (TAPIS ROULANT)
Energie m écanique
de rotation
Energie m écanique
Transformer l’énergie
de translation
mécanique de rotation en
(Vs, FS)
énergie mécanique de
P ertes (chaleur)
translation
Système vis écrou
d) SYSTEME
BIELLE MANIVELLE
Energie m écanique
de rotation
(ωe, Ce)
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation alternative
Energie m écanique de translation
Alternative
(Vs, Fs)
P ertes (chaleur)
Système vis écrou
Cylindre
Piston
Bielle
Manivelle
D=2.e
d) PIGNON
CRAIMALLAIRE
Energie m écanique
de rotation
(ωE, Ce)
Transformer l’énergie
mécanique de rotation en
énergie mécanique de
translation
Energie m écanique de
translation
(Vs, Fs)
P ertes (chaleur)
Système vis écrou
Proposé par MADAK
Page 14/29
Téléchargement
Explore flashcards