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Démarche de conception d’un lycée : Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Informations techniques - Architecture électrique simple - Puissance lumineuse - Caractéristiques d’un plateau de cellules - Caractéristiques des accus - Caractéristiques d’un moteur - Puissance mécanique nécessaire Utilisation de ces informations - Puissance électrique d’un panneau de cellules - Charge des accus - Motorisation optimiste - Plage de vitesse d’un moteur Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Informations techniques Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Panneau de Accus 14 cellules 5 elts Ni-MH Variateur électronique 2 ou 3 fils Moteur Réducteur BEC Récepteur radio Servo moteur direction Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Puissance lumineuse, début juin, sur une surface horizontale Puissance en Watts / m2 900 800 700 600 500 Optimiste 400 Pessimiste 300 200 100 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Heures d'été Puissance lumineuse moyenne entre 10h et 18 h : Pl = 450 W/m2 Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Intensité en fonction de la tension d’un plateau de 14 cellules de 125x125mm 2,50 Intensité en Ampères Courbes caractéristiques 3,00 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Te ns ion e n Volts soumis à une puissance lumineuse de 450 W/m2 16,00 14,00 Puissance en Watts La puissance maxi existe pour une tension de 6,3V Puissance en fonction de la tension 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0 1 2 3 4 5 Tension en volts 6 7 8 9 Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Courbes caractéristiques en charge et décharge d’un élément Ni-MH de 2400mAh Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Courbes caractéristiques du moteur Speed 400 7,2V sous 6,3V 16000 70 14000 60 12000 50 10000 40 8000 30 6000 20 4000 10 2000 0 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 Couple e n Nm Rendement, Puissance (W), Intensité (A) Vitesse de rotation en tr/min Speed 400 7,2V sous 6,3V Vitesse Intensité Puissance Rendement Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Puissance mécanique d’un véhicule pour l’épreuve d’endurance Puissance mécanique en fonction de la vitesse Puissance mécanique en W 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 Vitesse en km /h 20 25 30 Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Utilisation de ces informations Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Puissance lumineuse, début juin, sur une surface horizontale Puissance en Watts / m2 900 800 700 600 500 Optimiste 400 Pessimiste 300 200 100 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Heures d'été Pl = 450 W/m2 surface de cellules S= 0,22 m2 Puissance électrique moyenne Puissance maxi à 14h rendement η = 15% Pe = Pl . S . η = 15 W Pe max = 27 W Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Intensité en fonction de la tension 3,00 Courbes caractéristiques d’un plateau de 14 cellules de 125x125mm soumis à une puissance lumineuse de 450 W/m2 Intensité en Ampères 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tension en Volts Puissance en fonction de la tension Pour la tension 6,3 V, correspondant à la puissance maxi, l’intensité est 2,4 A l’intensité serait 4.3 A 14,00 Puissance en Watts Attention, à 14h sous 810 W/m2, 16,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0 1 2 3 4 5 Tension en volts 6 7 8 9 Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Courbes caractéristiques en charge et décharge d’un élément Ni-MH de 2400mAh Pour tenir une tension de 5V (récepteur radio) en décharge, 4 éléments ne suffisent pas. Il faut donc 5 éléments. Pour commencer la charge de 5 éléments, il nous faut 1,3V / élt soit 6,5V. A cette tension le panneau délivre 2,3A (puissance de charge 15W) Mais plus les accus se chargent, plus la tension de charge doit être élevée. Le panneau délivre donc moins d’intensité. Charge 10% 20% 30% 40% 50% Tension 7V 7,1V 7,15V 7,2V 7,25V Intensité 2A 1,75A 1,62A 1,5A 1,35A 12,4W 11,6W 10,8W 9,8W Puissance 14W de charge Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Calcul de la vitesse pour passer la montagne avec élan L’énergie cinétique se transforme en énergie potentielle : ½ . m . v2 = m . g . h avec h = 1m v = 4,4 m/s = 16 km/h Si cette vitesse n’est pas atteinte, il faut utiliser un variateur mécanique ou une boite de vitesse v h Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Analyse des éléments du véhicule le plus courant : v = 16km/h Moteur speed 400 Puissance mécanique en fonction de la vitesse Roue motrice Ø 65mm ωroue = 137 rad/s 30 Puissance mécanique en W Réducteur R = 1/6 25 ωmoteur = ωroue / R = 820 rad/s 20 15 10 Nmoteur = 7830 tr/min 5 0 0 5 10 15 20 25 30 vitesse/vitesse à vide = 7830/14000= 0,56 Vitesse en km /h 16000 70 14000 60 12000 50 10000 40 8000 30 6000 20 4000 10 2000 0 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 Couple en Nm Pméca = 7,3W Rendement, Puissance (W), Intensité (A) Vitesse de rotation en tr/min Speed 400 7,2V sous 6,3V Vitesse Intensité Puissance Rendement η = 0,5 Pélec = Pméca/ η = 14,6W Imoteur = Pélec / U = 14,6 / 6,3 = 2,3A Itotale = Imoteur + Iservo = 2,3 + 0,3 = 2,6 A Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Sous 450W/m2, que se passe t-il si l’intensité du courant appelé est supérieure à 2,5A ? 1) 2) Les accus se déchargent La tension s’écroule en dessous de 5V 3) La radio ne répond plus Intensité en fonction de la tension 3,00 Intensité en Ampères 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 1 2 3 4 5 Tension en Volts 6 7 8 9 Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Et si on choisissait de fonctionner au rendement maximum moteur ? Phase transitoire 16000 70 14000 60 12000 50 10000 40 8000 30 6000 20 4000 10 2000 0 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 Couple en Nm ou limitée en (A) Rendement, Puissance (W), Intensité (A) Vitesse de rotation en tr/min Speed 400 7,2V sous 6,3V Réducteur R = 1/9 ωmoteur = ωroue / R = 1230 rad/s Nmoteur = 11760 tr/min Vitesse vitesse/vitesse à vide = 11760/14000= 0,84 Intensité Puissance Rendement Pméca = 7,3W η = 0,66 Pélec = Pméca/ η = 11W Imoteur = Pélec / U = 11 / 6,3 = 1,8A Itotale = 1,8 + 0,3 = 2,1 A Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Conclusion Choisir le diamètre de roue motrice et le rapport de réduction pour obtenir : Vitesse rotation moteur = 84% x vitesse à vide Remarques Les véhicules qui sont devant, sont ceux qui sont fiables, qui ne cassent pas. Les véhicules qui restent devant sont ceux qui ont une vitesse bien adaptée à l’énergie lumineuse. Démarche de conception du lycée Saint Exupéry Retrouver cette présentation à l’adresse : http://st.ex.defi.solaire.free.fr/diaporama
