TP de Construction
publicité
VIGIPARK ETUDE D'UNE ALIMENTATION AUTONOME TP N°3- SERIE 1 POSTE °10 COMPETENCES ATTENDUES : - Déterminer l'autonomie d'une alimentation autonome à partir d'un cahier des charges et de plusieurs essais. PRE-REQUIS : - Savoir utiliser des appareils de mesure Connaître le principe de calcul de l'énergie MATERIEL : - Maquette vigipark Oscilloscope numérique Imprimante Ordinateur REFERENTIEL : - B1 : Convertir et distribuer de l'énergie B12 Les circuits de puissance - Alimentation autonome. ETUDE D'UNE ALIMENTATION AUTONOME Ce Tp permet d'étudier le principe de fonctionnement d'une alimentation autonome (Batterie + Panneau solaire) - Principe de chargement d'une batterie avec un panneau solaire - Mesure de la consommation d'un système (VIGIPARK) et calcul de l'autonomie d'une l'alimentation autonome. 1. SCHEMA DE PRINCIPE : Up PANNEAU SOLAIRE Ub : tension batterie Up : Tension du panneau solaire Ub BATTERIE Surveillance de la charge de la batterie (Température et T (°C) - Lorsque la température de la batterie est trop élevée, le système de surveillance coupe la charge de la batterie (Voir dossier technique). - Lorsque la tension de la batterie est trop élevée, le système de surveillance coupe la charge de la batterie (Voir dossier technique). 2. ETUDE DE LA CHAINE D'ENERGIE : 2.1 Encadrer en rouge ci-dessous les deux blocs correspondant à l'alimentation autonome 2.2 Expliquer rapidement le principe d'une alimentation autonome à l'aide du schéma bloc ci-dessous ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Capteurs Informations Microcontrôleur Liaison Série RS232 Entrée Série d'un PC CHAINE D'INFORMATION Energie Solaire CAPTER Panneau Solaire STOCKER Batterie 7AH CONVERTIR Commande + Moteur TRANSMETTRE Réducteur + mécanique CHAINE D'ENERGIE 2.2 Energie Mécanique 3. ETUDE DU PANNEAU SOLAIRE : 3.1 A l'aide des courbes I=f(V) pour les éclairements : - E = 500W/m2 - E = 800W/m2 - E = 1000W/m2 Déterminer les courants de fonctionnement (Ib) lorsqu'on recharge une batterie de 12V. Pour E = 500W/m2 Pour E= 800W/m2 Pour E = 1000W/m2 I1 = I2 = I3 = 3.2 Réaliser la courbe Ibat = f(Puissance de rayonnement du soleil) Ibat 0,7A 0,55A 0,35A 500W 800W 1000W 3.3 Déterminer la durée nécessaire afin de recharger une batterie de 12V - 7AH. REMARQUE : En moyenne, un panneau solaire fonctionnement à sa puissance maxi pendant une durée de 9 heures par jour. (Puissance de rayonnement du soleil : Psol = 1000W). P 3.4 Mesurer le courant consommé par le système lorsque le moteur ne fonctionne pas (Courant consommé par une carte électronique). 3.5 Calculer l'énergie consommée par le système pendant une journée de 24h lorsque le moteur ne fonctionne pas. 3.6 Calculer l'énergie stockée dans la batterie. REMARQUE : Faire un bilan de l'énergie fournie par le panneau (W panneau), l'énergie consommée par le système (Wconsommée) et l'énergie stockée par la batterie (Wbatterie). Wbatterie = Wpanneau -W consommée par la carte (Bilan d'énergie pour une journée de 24 h) 3.7 Recalculer le temps nécessaire pour recharger la batterie en tenant compte de la consommation de la carte. ATTENTION : Un oscilloscope permet seulement de relever une tension en fonction du temps. Le relevé de courant est réalisé à l'aide d'une résistance mise en série avec le moteur R = 3,3 Ohms. La tension mesurée est proportionnelle au courant U = R x I La Résistance est intégrée au pupitre. 3.8 Relever la courbe imoteur = f(t) à l'aide d'un oscilloscope.(relever l’oscilographe ci-dessous.) REMARQUE : Pour réaliser cette mesure, mettre directement l'oscilloscope aux bornes des sorties COURANT MOTEUR. Les essais seront réalisés pendant la montée et la descente en mode manuel. I=f(t) pendant la montée I=f(t) pendant la descente 3.9 A l'aide des courbes ci-dessus, estimer l'énergie consommée pendant une descente et une montée.(Déterminer la surface de la courbe et calculer l'énergie) 3.10 En considérant que le bras fonctionne environ 10 fois par jour (10 montées et 10 descentes). Déterminer l'énergie consommée par le moteur pendant une journée. 3.11 Calculer l'énergie stockée dans la batterie pendant une journée en tenant compte de la consommation de la carte et du moteur. REMARQUE : Faire un bilan de l'énergie fournie par le panneau (W panneau), l'énergie consommée par le système (W consommée) et l'énergie stockée par la batterie (W batterie). W batterie = W panneau -W consommée par la carte -Wmoteur 3.12 Recalculer le temps nécessaire pour recharger la batterie. 3.13 Comparer l'énergie consommée par le moteur et par la carte électronique pendant 24h. Réaliser une conclusion ETUDE D'UNE ALIMENTATION AUTONOME Ce Tp permet d'étudier le principe de fonctionnement d'une alimentation autonome (Batterie + Panneau solaire) - Principe de chargement d'une batterie avec un panneau solaire - Mesure de la consommation d'un système (VIGIPARK) et calcul de l'autonomie d'une l'alimentation autonome. 1. SCHEMA DE PRINCIPE : Up PANNEAU SOLAIRE Ub : tension batterie Up : Tension du panneau solaire Ub BATTERIE Surveillance de la charge de la batterie (Température et T (°C) - Lorsque la température de la batterie est trop élevée, le système de surveillance coupe la charge de la batterie (Voir dossier technique). - Lorsque la tension de la batterie est trop élevée, le système de surveillance coupe la charge de la batterie (Voir dossier technique). 2. ETUDE DE LA CHAINE D'ENERGIE : 2.2 Encadrer en rouge ci-dessous les deux blocs correspondant à l'alimentation autonome 2.2 Expliquer rapidement le principe d'une alimentation autonome à l'aide du schéma bloc ci-dessous ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Capteurs Informations Microcontroleur Liaison Série RS232 Entrée Série d'un PC CHAINE D'INFORMATION Energie Solaire CAPTER Panneau Solaire STOCKER Batterie 7AH CONVERTIR Commande + Moteur TRANSMETTRE Réducteur + mécanique CHAINE D'ENERGIE 2.2 Le panneau solaire (BLOC CAPTER) permet de transformer l'énergie solaire en énergie électrique. La batterie stocke cette énergie électrique (BLOC STOCKER) Energie Mécanique 3. ETUDE DU PANNEAU SOLAIRE : 3.1 A l'aide des courbes I=f(V) pour les éclairements : - E = 500W/m2 - E = 800W/m2 - E = 1000W/m2 Déterminer les courants de fonctionnement (Ib) lorsqu'on recharge une batterie de 12V. I1 = 0,35A I2 = 0,55A I3 = 0,70A Pour E = 500W/m2 Pour E= 800W/m2 Pour E = 1000W/m2 0,7A 0,55A 0,35A Tension Batterie 12V 3.2 Réaliser la courbe Ibat = f(Puissance de rayonnement du soleil) Ibat 0,7A 0,55A 0,35A 3.3 Déterminer la durée nécessaire afin de recharger une batterie de 12V - 7AH. P 500W 800W 1000W REMARQUE : En moyenne, un panneau solaire fonctionnement à sa puissance maxi pendant une durée de 9 heures par jour. (Puissance de rayonnement du soleil : Psol = 1000W). En pratique, un panneau fonctionne en moyenne entre 2h et 3,3 h par jour à sa puissance maximale. Pour cette question, on considère que le panneau fonctionne 9h afin d'avoir des résultats corrects avec la maquette. Energie fournie par le panneau solaire pour 1 heure = 12 x 0,7 = 8,4 Wh Energie fournie par le panneau solaire pour 24 heures = 8,4 x 9 = 75,6 Wh Energie maxi de la batterie = 12 x 7 = 84 Wh 84 Durée de recharge 10heures 8,4 3.4 Mesurer le courant consommé par le système lorsque le moteur ne fonctionne pas (Courant consommé par une carte électronique). Icarte = 0,24A 3.5 Calculer l'énergie consommée par le système pendant une journée de 24h lorsque le moteur ne fonctionne pas. W consommée par la carte = 0,24 x 24 x 12 = 69,1 Wh 3.6 Calculer l'énergie stockée dans la batterie. REMARQUE : Faire un bilan de l'énergie fournie par le panneau (W panneau), l'énergie consommée par le système (Wconsommée) et l'énergie stockée par la batterie (Wbatterie). Wbatterie = Wpanneau -W consommée par la carte (Bilan d'énergie pour une journée de 24 h) Wbatterie = Wpanneau -W consommée par la carte Wbatterie = 75,6 - 69,1 = 6,5 Wh emmagasinée pour une journée 3.7 Recalculer le temps nécessaire pour recharger la batterie en tenant compte de la consommation de la carte. RE 3 . 8 R e l e v Durée de recharge Wénergie_ max i _ de _ la _ batterie Wenergie_ emmagasin ée _ pour _ une _ journée 84 12,9 jours 6,5 On remarque que la consommation de la carte est importante et la durée de recharge est augmentée 12,9 jours au lieu de 10 heures. er la courbe imoteur = f(t) à l'aide d'un oscilloscope.(Imprimer le résultat et coller ci-dessous) I=f(t) pendant la montée I=f(t) pendant la descente 3.9 A l'aide des courbes ci-dessus, estimer l'énergie consommée pendant une descente et une montée.(Déterminer la surface de la courbe et calculer l'énergie) Nombre de carreau : environ 7,5 0,2 W 7,5 * *12 1,5mWh descente 3,3 * 3600 Nombre de carreau : environ 9 0,2 W 9* *12 1,8mWh montée 3,3 * 3600 3.10 En considérant que le bras fonctionne environ 10 fois par jour (10 montées et 10 descentes). Déterminer l'énergie consommée par le moteur pendant une journée. Wmoteur = 10 x (Wdescente + Wmontée) Wmoteur = 10 x (1,5 .10-3 + 1,8 .10-3) Wmoteur = 33 mWh 3.11 Calculer l'énergie stockée dans la batterie pendant une journée en tenant compte de la consommation de la carte et du moteur. REMARQUE : Faire un bilan de l'énergie fournie par le panneau (W panneau), l'énergie consommée par le système (W consommée) et l'énergie stockée par la batterie (W batterie). W batterie = W panneau -W consommée par la carte -Wmoteur Wbatterie = Wpanneau -W consommée par la carte -Wmoteur Wbatterie = 75,6 - 69,1 - 33.10-3= 6,47 Wh emmagasinée pour une journée 3.12 Recalculer le temps nécessaire pour recharger la batterie. Durée de recharge Wénergie _ max i _ de _ la _ batterie Wenergie _ emmaga sin ée _ pour _ une _ journée 84 13,0 jours 6,47 3.13 Comparer l'énergie consommée par le moteur et par la carte électronique pendant 24h. Réaliser une conclusion. On remarque que la consommation du moteur est faible par rapport à la consommation de la carte électronique. Le système en mode veille consomme beaucoup.
