Cours puissance eleve

1ère
STI2D
Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
Puissance
ET
Leçon
CI1 : Développement durable et Principes de conception des systèmes
1. Des grandeurs électriques de base vers la puissance électrique.
1.1.
Le
Définition du courant électrique:
courant
électrique
correspond
au
déplacement ordonné d'électrons libres.
Ils
se
déplacent
dans
un
formant
conducteur
milieu
un
dit
circuit
électrique
Si on pouvait observer un point quelconque d'un circuit électrique en fonctionnement et y compter le
nombre d'électrons passant pendant un temps donné, on mesurerait alors le « débit » d'électrons libres.
Ce « débit d’électrons» est appelé intensité du courant électrique.
•
Un petit nombre d’électron passe dans le fil de
cuivre par seconde, le débit d’électron est
faible, le courant est donc faible.
•
Un plus grand nombre d’électron passe dans le
fil de cuivre par seconde, le débit d’électron
est plus important, le courant est donc grand
que au-dessus.
Le courant est désigné par la lettre
1.2.
I,
il se mesure en Ampère [A].
La résistance d’un circuit électrique :
En fonction de la nature du circuit électrique, les électrons, donc le courant électrique peu circulé plus
ou moins facilement.
eeee-
eee-
eee-
e-
e-
ee-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
ee-
La résistance électrique est notée
eee-
eee-
e-
e-
R,
eee-
ee-
e-
e-
e-
e-
il se mesure en Ohms [Ω].
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1.3.
Cours puissance
TP
Définition de la tension électrique :
Pour qu'il y ait circulation des électrons, il faut qu’il y ait une différence de
potentiel entre deux points reliés par un conducteur électrique :
1.3.1. Par analogie, le cycle de l’eau se comporte comme un circuit électrique :
Le générateur de tension : Le soleil chauffe l’eau qui par évaporation prend
de la hauteur. Il y a donc apparition d’une différence de hauteur
entre l’eau contenue dans les nuages et l’eau du sol. (Correspond à
la différence de potentiel)
Les conducteur et la résistance : La pluie tombe sur les sols, rejoint les rivières
et termine dans la mère à 0 mètre d’altitude. Le circuit est fermé,
l’eau circule. En fonction du relief, celui-ci oppose une résistance
plus ou moins importante à la circulation de l’eau.
Le courant électrique : Le débit d’eau circulant dans une rivière,
d’eau
écoulée
par
seconde,
correspond
au
débit
quantité
d’électrons,
l’intensité
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TP
1.4.Définition de la puissance :
Quelle chute d’eau est la plus puissance ?
La puissance d’une chute d’eau est le produit de sa hauteur par son débit.
En électricité on a :
Avec P la puissance exprimée en Watt
1.5. Application:
1.5.1. Etude d’une lampe torche
Une lampe torche équipée de pile 6.2V alimente un lampe de 10W.
Un interrupteur permet d’allumer ou d’éteindre l’ampoule.
Calculer le courant circulant dans le circuit :
1.5.1. Etude d’un moteur électrique
Un moteur absorbe 10 A sous une tension de 20V.
Calculer la puissance électrique absorbée par le moteur :
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2. Des grandeurs mécaniques de base vers la puissance mécanique.
2.1.
La vitesse linaire.
La vitesse linéaire correspond à une distance parcourue pendant un temps donné.
Exemple :
10
On dit : la vitesse V est de 10 mètres par seconde (m/s)
200
On dit : la vitesse V est de 200 kilomètres par heure
(km/h)
Exercice de conversion :
La fourche télescopique d’un engin de manutention sort à une vitesse
de 10m/min. Donner
!"# en m/s
L’engin de manutention roule au maximum à 30km/h. Donner
2.1.
$%&
en m/s.
La fréquence de rotation.
La fréquence de rotation correspond à un nombre de tours réalisés pendant un certain temps.
Exemple :
'
10
(
On dit : la vitesse de rotation n est de 10 tours par seconde
(tr/s)
'
200
(
)*
On dit la vitesse V est de 200 tours par minute (tr/min)
ou (min - 1 ).
Les roues de l’engin de manutention tournent à 0.5 tr/s. Donner +
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#
en tr/min.
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2.2.
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TP
La vitesse de rotation angulaire.
La vitesse de rotation angulaire correspond à un angle (en degré ou radian) réalisé pendant un certain
temps.
Rappel :
1 tour
360°
=
=
2π rad
La fourche du télescopique réalise un angle de 20° en 10s.
Donner ,-é/é en rad/s
θ
La motopompe (moteur + pompe) du groupe hydraulique de l’engin de manutention tourne à
1500 tr/min, déterminer ,$ -# en rad/s
2.3.
La force.
L’unité de la force est le newton Un newton est la force capable de
communiquer à une masse de 1 kilogramme une accélération de 1
$/12 .
3+
3 45
3
$
12
3
45 $
12
Exercice : Une moto de 500 kg met 3s pour arriver à 100 km/h :
Convertir V en (m/s) :
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Déterminer l’accélération de la moto en
TP
6
Déterminer la force exercée par la roue de la moto sur le sol.
Exercice : Déterminer la force exercée par une charge de 125kg sur le crochet
d’un palan.
Rappel : Sur terre tout corps est soumis à l’accélération de la pesanteur g=9.81
2.4.
6
Le couple.
Le couple est le produit d’une force (en N) par un bras de levier (en
m).
7 '. 9
: 9
; '
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On considère un cycliste qui roule à vitesse constante
C
(N.m)
C(N.m)
C(N.m)
F
F
F
Pour rouler à vitesse constante, plus la pente est importante, plus la force que
doit exercer la roue du vélo sur le sol pour maintenir la vitesse
constante augmente donc plus le couple présent sur la roue du vélo
augmente.
2.5.
La puissance en mécanique
Question : Qui est le plus puissant entre un cheval de course et un cheval de trait ?
Réponse :
Le cheval de course et le plus rapide.
Le cheval de trait est le plus fort.
Cependant la puissance est le produit de la force (ou du couple)
par la vitesse (linéaire ou de rotation)
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En translation
< +
TP
En rotation
$
= +. $
1
,
>%?
1
Application :
Un transpalette électrique est dimensionné pour soulever une
masse de 2 tonnes à une vitesse de 0.5 m/s.
Calculer la puissance de système de levage.
Le moteur électrique permettant de faire avancer le transpalette à une puissance de 0.75kW. Le moteur
électrique tourne à 1500tr/min. Un réducteur de vitesse permet d’adapter la vitesse de rotation du
moteur électrique pour entraîner les roues.
Calculer le couple présent sur l’arbre moteur.
3. Notion de rendement et de transmission
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Dans la quasi-totalité des cas, un réducteur est présent entre l’arbre moteur et la charge :
Vitesse d’entrée rapide : Nmot
Vitesse de sortie lente : Npoulie
Rapport de réduction :
WXYZZY[YZ\]XWY^Y_XY
=
WXYZZY[’Y_X]éY]abW[Y
Définition du rendement : tous système qui stock, transporte, module ou
convertie une puissance possède un rendement
B11%C!#?#1 -B#(/%D/ 1D#-B-#)
B11%C!#?#?#C- é#(/%D/ 15 %C?#)
@ %
Remarque : Le rendement total d’une chaine de transmission de puissance est le produit des
rendements de chacun des éléments :
@(%) = @3 × @2 × @E … ….
Application : Etude d’un monte-charge
P arbre moteur
P poulie
P elec
=
10kW
Réducteur
Moteur
Npoulie
Nmot
Déterminer GH
I
ηmot= 85%
(
ηred= 55%
Charge
Déterminer GJ
K)
Calculer le rendement global LMK
Vérifier que LMK
IHK
=L
(
×L
IHK
=
NOPQRST
NTRTU
V
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