Introduction à la motorisation Motorisation 1 – Recueil d'information C.P.I

Lycée polyvalent
Louis COUFFIGNAL
11, route de la Fédération
67025 STRASBOURG
Introduction à la motorisation
C.P.I
2005 -2006
Motorisation
1 – Recueil d'information
Après cette première phase de mobilisation des connaissances, une synthèse est effectuée. Les mots issus
de ce travail sont consignés dans la liste ci-dessous :
Mouvement
Asynchrone
Vitesse de rotation
Mécanique
Rotor
Synchrone
Electrique
Chaleur
Courant électrique
Triphasé
Puissance
Pertes
Transformation
Industrie
Hybride
Champ magnétique
Création d'énergie
Couple
Monophasé
Stator
Energie
Transports
Rotation
« Pouvoir »
Moteur
Système
Entrainement
Moteur à essence
Biphasé
Représentation initiale
Le concept de la motorisation a été approché par une question ouverte :
« Mettez par écrit ce que vous évoque le mot motorisation. »
Mouvement
Pouvoir de se déplacer
Hybride (moteur pas à pas)
Moteur à essence
Grandeurs ou principes physiques
Puissance
Vitesse de rotation
Couple
●
Rotor
Synchrone
Moteurs
Asynchrone
Moteur
Stator
●
Rotation
Energie
Champ magnétique
Courant électrique
Pertes
Chaleur
Alimentation – Réseau électrique
Electrique
Triphasé
Monophasé
Biphasé
Le même travail est effectué avec l'autre groupe.
La liste des mots de la synthèse révèle une autre constellation des connaissances mobilisées. Même si le
même thème est travaillé, il est évident que le contenu est spécifique à l'identité et à la dynamique de chaque
groupe. Oeuvrer avec cette réalité rend la transmission des connaissances riche et vivante.
Vous trouverez ci-dessous la liste des mots du deuxième groupe.
système qui fait fonctionner quelque chose
fabriqué et inventé par l'homme
motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2
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Appropriation
●
Transports
Entrainement
Synthèse
Une deuxième étape consiste à regrouper ces mots dans des catégories en leur donnant un nom. Le résultat
de cette étape est :
● Mouvements
Introduction à la motorisation
carburant
puissance
déplacement
force
culasse
rotor
tour/minutes (régime)
arbre
thermique
filtre
induit
synchrone
monophasé
frottement
explosion
aide technique
transmission
bruit
machine
dégagement de chaleur
magnétique
courroie
roulement
électrique
carter
courant continu
asynchrone
came
émission
rotation
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2005 -2006
voiture
énergie
couple
robot
groupe électrogène
moteur
engrenage
inducteur
cylindrée
pas-à-pas
courant alternatif
triphasé
mouvement
transformateur
Représentation initiale
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De cette liste de mots, il s'est dégagé 6 catégories :
● Composants d'un moteur
transmission
courroie
roulement
carter
Notion de d'entrée et de sortie ou de source et d'utilisation
dégagement de chaleur
courant continu
monophasé
Caractéristiques – Grandeurs physiques
puissance (en Watt - W)
énergie (en Joules - J)
couple (en Newton Mètre – Nm) force (en Newton – N)
vitesse angulaire (en tour/ minutes – tr/min)
cylindrée (en centimètre cube – cm³)
●
synchrone
asynchrone
voiture
groupe électrogène
machine
moteur
déplacement
rotation
Service – Utilité !
aide technique
robot
●
bruit (en décibels - dB)
magnétique (en Tesla – T)
thermique (en Joules – J)
Types de moteur
pas-à-pas
explosion
●
groupe électrogène
courant alternatif
émission
Synthèse
carburant
électrique (énergie)
triphasé
transformateur
●
rotor
arbre
filtre
came
Appropriation
●
culasse
engrenage
inducteur
induit
Mouvements
mouvement
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Introduction à la motorisation
C.P.I
2005 -2006
Le groupe a été confronté à la difficulté de créer des catégories et surtout de ventiler les mots dans chaque
catégories.
Le lecteur pourra à loisir compléter chaque catégorie avec des mots manquants dans l'énumération.
Représentation initiale
2 – Réflexion sur le mouvement
L'étape suivante est une amorce de réfléxion sur le mouvement.
Les mouvements ci-dessous ont été identifiés :
●
Mouvement linéaire de translation
●
Mouvement de rotation
●
Mouvement plan général
●
Translation circulaire
Nota :
Le concept de motorisation est plus large que la notion de moteur électrique. Un mouvement effectué
par un vérin est également une motorisation.
Nous pourrions dire que tout mouvement entre deux surfaces, entre deux solides peut potentiellement
être motorisé.
●
Arbre à came : tranforme la rotation en linéaire et n'est pas réversible
●
Crémaillère : réversible
●
Roue et vis sans fin : réversible pour les vis à billes
●
Biellettes : réversible
●
Poulie dans le cas du levage : non réversible
Synthèse
Cette réflexion est complétée par une recherche de solution de transformation de mouvement, notamment
pour le passage du mouvement linéaire au mouvement de rotation.
3 – Actigramme fonctionnel
W
Matière
d'oeuvre
C
R
E
Fonction
Verbe à l'infinitif
Matière d'oeuvre
+
Valeur ajoutée
Support d'activité
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Appropriation
Après ce tour d'horizon, nous nous recentrons sur la motorisation électrique et nous établissons l'actigramme
fonctionnel.
●
Fonction : Transformer
●
Matière d'oeuvre en entrée : Énergie électrique
●
Matière d'oeuvre en sortie : Énergie mécaniques, Pertes
●
Contraintes : W (énergie), C (configuration), R (réglage), E (exploitation)
●
Support d'activité : moteur électrique
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2005 -2006
Cet actigramme sera la première chose à définir lors de l'étude des différentes motorisations. Il permet de
poser de manière simple le cadre d'étude.
4 – Actigramme du moteur électrique
Appliquons la représentation fonctionnelle au moteur électrique.
Organe de commande
Couplage pour les
moteurs
asynchrones
W
Énergie
électrique
C
Représentation initiale
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R
E
Transformer
Énergie
mécanique
Synthèse
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Moteur électrique
●
Couple en Nm La relation mécanique est C = F x distance
●
Force en N
●
Vitesse de rotation en tr/min, en tr/s, en rad/s La relation qui lie ces unités ω (rad/s) = 2π x N (tr/min) /
60
●
Vitesse linéaire en m/s
●
Accélération angulaire en rad/s²
●
Accélération linéaire en m/s²
●
Puissance mécanique en W La relation physique est : Pu = C x ω = F x vitesse linéaire
●
Travail en J (Joules) = Energie = Pu x temps
●
Bruit en dB, essentiellement dû à la ventilation du moteur
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Appropriation
5 - Caractéristique de l'énergie mécanique
Introduction à la motorisation
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2005 -2006
●
Vibrations en lien avec le type d'accouplement, l'alignement des axes, le non équilibrage de la charge
entraînée, les machines environnantes ...
●
Environnement : l'humidité, la poussière, la température, la compatibilité électromagnétique (CEM),
l'ambiance explosible ...
●
Couple résistant de la charge : caractéristique C = f ()
●
Quadrants de fonctionnement : charge entraînée et charge entraînante, fonctionnement moteur,
fonctionnement générateur, freinage ...
●
Moment de giration MD² ou moment d'inertie
●
Facteur de marche : c'est le rapport, en %, entre la durée de mise sous tension du moteur pendant le
cycle machine et la durée du cycle machine, à condition que le cycle machine soit inférieur à 10
minutes.
●
Régime de fonctionnement : service intermittent en lien avec l'échauffement du moteur. Il existe 8
services types de S1 à S8.
●
Allure de la courbe de puissance en fonction du temps, s'il est possible de la déterminer lors de la
conception.
Représentation initiale
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Intensité en Ampère (A)
●
Tension ou différence de potentiel en Volt (V)
●
Résistance en Ohm (). Dans le cas des moteurs électriques il s'agit surtout des résistances des
enroulements qui conduisent à une dissipation thermique par effet joule Pjoule = R x I².
●
Puissance en Watt (W). L'expression générale est P = u(t) x i(t).
●
Type de réseau électrique : monophasé, triphasé, continu.
●
Fréquence en Herz (Hz). Fréquence de 50 Hz pour la France et qui correspond aussi au fondamental
dans la décomposition du spectre de fréquence d'un signal électrique en lien avec le réseau électrique.
●
Qualité de l'énergie électrique : les harmoniques (fréquences multiples du fondamental, 50 Hz), les
coupures, les micro-coupures, les chutes de tension, les creux de tension ... Les harmoniques génèrent
entre autre des couples antagonistes au niveau de l'arbre moteur.
●
Sécurité des personnes, par les schémas de liaison à la terre : TT (domestique), TN (industrie), IT
(continuité de service).
●
Sécurité des biens : les fusibles qui protègent contre les court-circuits et les surintensités, les
déclencheurs thermiques qui protègent contre les surcharges ou sur couple, les parafoudre qui
protègent contre les surtensions sur les lignes HT, essentiellement.
7 – Types de moteurs électriques
●
Moteur à courant continu. L'alimentation de ces moteurs se fait principalement par un réseau
électrique continu redressé, à partir du réseau alternatif.
●
Moteur asynchrone. Alimentation par un réseau triphasé, plus rarement par un réseau monophasé.
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Appropriation
●
Synthèse
6 - Caractéristique de l'énergie électrique
Introduction à la motorisation
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2005 -2006
●
Moteur synchrone. Alimentation par un réseau triphasé lorsqu'il n'est pas piloté par un variateur de
vitesse.
●
Moteur pas-à-pas. Alimentation des phases alternativement par du courant continu. Nous pourrions
parler de « continu pulsé ».
●
Moteur linéaire. Alimentation par un réseau triphasé.
8 – Types de couples résistants
Il existe de multiples charges entraînées, mais elles peuvent se classer en trois grandes familles au niveau de
leur caractéristique Cr = f().
Couple résistant de type hyperbolique ou à puissance constante, diminuant en fonction de la vitesse
de rotation.
●
Couple résistant de type parabolique, augmentant en fonction de la vitesse de rotation.
●
Couple résistant de type constant, indépendant de la vitesse de rotation.
Appropriation
Synthèse
●
Représentation initiale
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