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Chaîne d’énergie Page 1/ I. Nature de l’énergie : Pour réaliser une action, la

Chaîne d’énergie Page 1/ I. Nature de l’énergie : Pour réaliser une action, la majorité des systèmes utilisent de l’énergie électrique (qui est très répandue) Ou de l’énergie pneumatique (sous forme d’air comprimé utilisé dans les systèmes industriels). 1°) L’énergie pneumatique  La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C’est une force appliquée sur une : se caractérise par deux grandeurs ;  Le débit noté Q et exprimé en m3/s surface; Avec 1 Pa = 1 N/m² et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm² La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W): 2°) L’énergie électrique : La puissance électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) : 3°) se caractérise par deux grandeurs ;  La Tension notée U et exprimée en Volt (V)  L’intensité notée I et exprimée en Ampère (A) La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) : L’énergie mécanique : a) L’ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION : se caractérise par deux grandeurs ;  La vitesse de translation notée V et exprimée en mètres par seconde (m/s)  La force motrice du déplacement notée F et exprimée en Newtons (N) b) L’ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION : se caractérise par deux grandeurs :  La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ;  Le couple moteur de la rotation notée C et exprimée en Newtons×mètres (N.m) La puissance mécanique de rotation (Pméca) s’exprime en Watt (W) : Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ; l’énergie calorifique sous forme de chaleur Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps RENDEMENT : Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie a un rendement η = (η < 1 car Pe = Ps + Pertes) Pour assurer des fonctions de service, beaucoup de produits utilisent une chaîne d’énergie qui apporte la quantité et La forme d’énergie au bon moment pour réaliser l’action désirée Force en Newton: N N S F P = P méca = C x ω Watt N. m rd/s 60 2.π.N ω = Vitesse de rotation en tr/min ALIMENTER TRANSMETTRE Type d’énergie Energie électrique Ou pneumatique Energie distribuée Energie mécanique Energie disponible pour réaliser l’action DISTRIBUER CONVERTIR Chaîne d’énergie P pneu = Q x P Watt m3/s Pascal P élec = U x I Watt Volt Ampère P méca = F x V Watt Newton m/s Ps PE Energie d’entrée (Pe) Pertes d énergies Transformer l’énergie Elément Présence d’ordre Surface ( m2) Energie de sortie (Ps) FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 2/ II. LA FONCTION ALIMENTER : 1°) • L’énergie hydraulique de l’eau des barrages Alimenter un produit en énergie électrique :  À l’aide des « prises de courant » raccordées par des conducteurs au réseau d’alimentation en courant alternatif Les sources principales d’énergie électrique sont des centrales qui utilisent: • L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon • L’énergie thermique nucléaire : Fission de l’uranium 235 • L’énergie éolienne : exploitation de la force du vent Pour produire de l’énergie électrique, une turbine (une hélice) est entraînée en rotation par un débit d’eau (dans une centrale hydraulique), de la vapeur (dans une centrale thermique) ou du vent (dans une centrale éolienne), entraîne en rotation un alternateur qui produit l’électricité. A la sortie des centrales des transformateurs élèvent la tension pour transporter l’énergie électrique A l’approche du point de consommation l’énergie électrique est abaissée et distribuée sous forme d’un réseau (triphasé + Neutre: pour application industrielle. Phase + Neutre: pour application domestique) Raccordement au secteur Ph1 Ph2 Ph3 N 380v 380v 380v 220v 220v 220v Réseau triphasé Centrale thermique Centrale thermique nucléaire Centrale hydraulique FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 3/  À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :  Des piles  : non rechargeables Des batteries que les piles puisqu’ils sont rechargeables ou piles rechargeable plus économiques  À l’aide d’alimentation locale Des cellules photovoltaïques des batteries pour alimenter des produit a faible consommation. qui assurent la recharge Une éolienne de petite puissance peut constituée une alimentation autonome Air comprimé p > p atm Compresseur d’air + Réservoir d’air Transformer et stocker Contrôle des seuils de pression Air ambiant p = p atm Ordre de marche Batterie d’automobile Cellules photovoltaïques Onduleur Eclairage Électroménager Régulateur Batteries Éolienne Pile rechargeable Pile non rechargeable Exemple d’alimentation locale Multiplicateur Hélice Production de l’énergie Pneumatique Symbole : Source d’énergie pneumatique Le FILTRE élimine les impuretés Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression Le LUBRIFICATEUR Pulvérise des gouttes d’huile pour graisser les éléments mobiles Ensemble de conditionnement Production de l’énergie pneumatique Alternateur 2°) Alimenter un produit en énergie pneumatique :  À l’aide d’un compresseur d’air + réservoir d’air, un ensemble de conditionnement et un réseau d’alimentation pour acheminer l’air sous pression aux systèmes FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 4/ III. LA FONCTION CONVERTIR : 1°) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique : a) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation Symbole : b) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation Symbole : c) MOTEUR PAS A PAS : Il est très utilisé dans les appareils électroniques : imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . . Symbole : Moteur alternatif triphasé (Utilisé dans le domaine industriel) Moteur à courant alternatif Moteur alternatif monophasé (Très utilisé dans les appareils domestiques) M ∼ M Moteur à courant continu M Energie Électrique (I, U) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation Energie mécanique de rotation (C , ω ) Moteur électrique Pertes (chaleur) Moteur à courant continu Moteur pas à pas Structure d’un moteur à courant continu Moteur pas à pas FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 5/ 2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique : a) VERIN PNEUMATIQUE On distingue principalement deux types de vérin : Double effet et simple effet a- 1 ) VERIN DOUBLE EFFET Dans un vérin double effet; l'air comprimé alimente les deux chambres alternativement. Un système que nous étudieront ultérieurement permet de vider une chambre pendant que l'autre se remplit. Fonctionnement Energie mécanique de translation (F, V) Chambre avant reliée à la source de pression Chambre arrière reliée à l’échappement Chambre arrière reliée à l’échappement Chambre avant reliée à la source de pression Pour rentrer la tige Pour sortir la tige Vérin standard Orifice arrière Chambre arrière Chambre avant Orifice avant Tige Corps Orifice avant Orifice arrière Piston Piston Orifice arrière Tige Mini vérin Symbole : Energie pneumatique (P, Q) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique de translation Vérin pneumatique Pertes (chaleur) FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 6/ a- 2) VERIN SIMPLE EFFET Dans un vérin simple effet l'air comprimé alimente seulement une chambre et produit une force dans un seul sens. Le retour en position initiale s'effectue sous l'action d'un ressort. Fonctionnement F : effort de la tige en Newton (N). P : pression du fluide en Pascal (Pa). 1 bar = 1.10 +5 Pa S : surface utile du piston (m2) Force de traction (Ftraction) Un vérin double effet produit un effort dans les deux sens (sortie de la tige et rentrée de la tige). Relation effort- pression Chambre avant reliée à la source de pression Chambre arrière reliée à l’échappement Chambre avant reliée à l’échappement Chambre arrière reliée à la source de pression Symbole Vérin simple effet Tige sortante Vérin simple effet Tige rentrante Piston Chambre arrière Chambre avant Orifice Ressort de rappel Force de pousseé (Fpoussée) Chambre arrière reliée à l’échappement Chambre arrière reliée à la source de pression Retour sans force Sous l’action du ressort Surfaces utiles du piston subissant la pression sont différentes côté avant et côté arrière Surface utile arrière Sarrière Sarrière = π . R2 = π . D2/4 Fpoussée = P . Sarrière Diamètre Dpiston Diamètre dtige Diamètre Dpiston Surface utile avant Savant Savant = π . ( R2 - r2 ) = π . (D2 - d2 ) /4 Ftraction = P . Savant Force de poussée (Fpoussée) FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 7/ IV. 1°) Le contacteur électrique Le contacteur permet : d’établir ou interrompre un fort courant électrique ainsi que : La commande à distance d’un circuit électrique sans effort manuel,  L’automatisation des machines de production et l’amélioration de la sécurité de fonctionnement. Un contacteur électromagnétique est constitué par : * Un électro-aimant (bobine + noyau de fer) qui attire des contacts mobiles lorsqu’il reçoit un courant de la partie commande. * Plusieurs contacts à établissement du circuit (contacts de puissance) Symbole Contacteur Contacteur Fonctionnement LA FONCTION DISTRIBUER : Ordres de commande Contacteur électromagnétique énergie électrique disponible (U, I) énergie électrique distribuée (U, I) Distribuer l’énergie électrique Pertes (chaleur) FPST INGENIERIE 2 2 Année Chaîne d’énergie Page 8/ 2°) Distributeur uploads/Industriel/ 1-energie-prof.pdf