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 1/6 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 C.P.I 2005 -2006 voiture énergie couple robot groupe électrogène moteur engrenage inducteur cylindrée pas-à-pas courant alternatif triphasé mouvement transformateur Représentation initiale Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG 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 motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2 2/6 Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG 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 motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2 3/6 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 C.P.I 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 Introduction à la motorisation R E Transformer Énergie mécanique Synthèse Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG 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 motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2 4/6 Appropriation 5 - Caractéristique de l'énergie mécanique Introduction à la motorisation C.P.I 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 Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG 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. motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2 5/6 Appropriation ● Synthèse 6 - Caractéristique de l'énergie électrique Introduction à la motorisation C.P.I 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 Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG motorisation2.sxw / 5 oct 2005 / Version 2 6/6