Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Travail de Bachelor Bobine de Tesla musicale Auteur : Damien Zbinden Professeur

Travail de Bachelor Bobine de Tesla musicale Auteur : Damien Zbinden Professeur : Jean-François Affolter Date : Le 28.07.2017 15.03.2017 - Travail de Bachelor de Zbinden Damien - Page 1 / 2 Département TIN Filière Génie électrique Orientation Systèmes énergétiques Candidat Zbinden Damien Responsable Affolter Jean-François TRAVAIL DE BACHELOR 2016 - 2017 Transfo Tesla musical Domaine de recherche : Haute Tension et Electronique Institut IESE Énoncé Le laboratoire HT de la HEIG-VD possède quelques transfos Tesla assez peu utilisés. L'objectif de ce travail est de leur donner "une seconde vie" en adaptant un système d'alimentation variable en fréquence, permettant de créer des arcs électriques "musicaux". Ce dispositif sera utilisé lors de portes ouvertes ou de manifestations. Cahier des charges Le travail s'organisera de la manière suivante: - recherches bibliographiques - examen des transfos disponibles au labo HT; possibilité de les utiliser ? - si non, conception d'une petit transfo Tesla - réalisation d'un circuit d'alimentation avec touches musicales - réalisation du circuit et tests - concept de sécurité pour démonstrateur - rédaction d'un rapport de synthèse et présentation Résumé publiable Le laboratoire haute-tension de la HEIG-VD possède quelques transformateurs de Tesla assez peu utilisés. L'objectif de ce travail est de leur donner "une seconde vie" en adaptant un système d'alimentation variable en fréquence, permettant de créer des arcs électriques "musicaux". L’étude des transformateurs du laboratoire a montré qu’ils n’étaient pas utilisables pour une 15.03.2017 - Travail de Bachelor de Zbinden Damien - Page 2 / 2 application musicale, car leurs rapports de transformation ne le permettent pas. En effet, suite aux différentes recherches, il s’avère nécessaire de redresser la tension pour gérer le primaire. Or, les tensions d’alimentation nécessaires pour les transformateurs du laboratoire sont trop élevées (40kV). La décision de fabriquer une bobine de Tesla a donc été prise, en s’inspirant de la bobine OneTesla et en prenant en compte les différents points faibles relevés sur la bobine. De nombreux choix techniques ont dû être faits pour fabriquer la bobine, concernant la carte électronique et la structure mécanique. La bobine fabriquée fonctionne bien, la carte électronique pourra être améliorée en prenant en compte les différentes modifications apportées durant le travail. Bibliographie Web (sites spécialisés) Candidat Zbinden Damien Date: Signature: Responsable Affolter Jean-François Date: Signature: Chef du département TIN Frosio Guido Date: Yverdon-les-Bains, le 26.07.2017 Signature: Bobine de Tesla musicale Damien Zbinden 5 Table des matières 1 La bobine de Tesla ................................................................................................................................... 9 1.1 Nikola Tesla, son inventeur ................................................................................................................... 9 1.2 Principe de fonctionnement ................................................................................................................ 10 1.2.1 Fréquence de résonance .................................................................................................................. 12 1.2.2 Accordage d’une bobine .................................................................................................................. 13 1.2.3 Notion de quart d’onde ................................................................................................................... 14 1.3 Les bobines de Tesla du laboratoire HT ............................................................................................... 15 1.3.1 Conclusion du rapport de mesures .................................................................................................. 15 2 Notions musicales .................................................................................................................................. 16 2.1 Compatibilité avec une bobine du laboratoire .................................................................................... 17 2.1.1 Les transformateur élévateurs : des circuits bouchons ................................................................... 17 2.1.2 La fréquence de résonance ne se module pas ................................................................................. 17 3 Les bobines DRSSTC ............................................................................................................................... 18 3.1 Le montage en demi-pont ................................................................................................................... 18 3.1.1 IGBT T1 enclenché ............................................................................................................................ 19 3.1.2 IGBT T2 enclenché ............................................................................................................................ 19 3.1.3 Incompatibilité définitive avec les bobines du laboratoire .............................................................. 19 3.2 La commutation à courant nul ............................................................................................................ 20 3.3 La commande des IGBTs ...................................................................................................................... 20 4 La bobine OneTeslaTS ............................................................................................................................ 21 4.1 L’interrupteur OneTesla ...................................................................................................................... 22 4.1.1 Description du boîtier ...................................................................................................................... 22 4.1.2 Les modes disponibles ..................................................................................................................... 22 4.1.3 Le protocole MIDI ............................................................................................................................ 23 4.1.4 Charger des musiques sur la carte micro SD ................................................................................... 24 4.2 Perception auditive.............................................................................................................................. 24 4.2.1 La modulation de densité de pulsation ........................................................................................... 25 4.3 Mesure de la consommation ............................................................................................................... 25 4.4 Mesure de l’évolution de sa température ........................................................................................... 26 4.4.1 Conclusion du rapport de mesures .................................................................................................. 26 4.5 Mesure du niveau de pression acoustique .......................................................................................... 26 4.6 Les points à améliorer de la bobine OneTesla ..................................................................................... 27 4.6.1 Robustesse des connecteurs ............................................................................................................ 27 4.6.2 Les extrémités du secondaire .......................................................................................................... 27 4.6.3 Le primaire....................................................................................................................................... 27 4.6.4 Aspects sécuritaires ......................................................................................................................... 27 4.6.5 Conclusion ....................................................................................................................................... 27 4.7 Les arcs électriques de la bobine OneTesla ......................................................................................... 28 5 Construction d’une bobine de Tesla ....................................................................................................... 29 5.1 Récupération de l’interrupteur OneTesla ............................................................................................ 29 5.2 Les choix de fabrication ....................................................................................................................... 30 Bobine de Tesla musicale Damien Zbinden 6 5.2.1 Le refroidisseur ................................................................................................................................ 30 5.2.2 La carte électronique ....................................................................................................................... 30 5.2.3 La base de la structure .................................................................................................................... 34 5.2.4 Le secondaire ................................................................................................................................... 35 5.2.5 Le primaire....................................................................................................................................... 37 5.2.6 L’électrode de tête ........................................................................................................................... 38 5.2.7 Les extrémités du secondaire .......................................................................................................... 39 5.2.8 La baguette directrice des arcs électriques ..................................................................................... 41 5.2.9 L’assemblage global ........................................................................................................................ 42 5.2.10 Connexions entre la carte et la bobine ........................................................................................ 43 5.2.11 Connexion entre la carte et le réseau.......................................................................................... 44 5.3 Mesures effectuées ............................................................................................................................. 44 5.3.1 Conclusion du rapport de mesures .................................................................................................. 44 5.3.2 Calcul de la capacité du primaire .................................................................................................... 45 5.3.3 Calcul du quart d’ondes ................................................................................................................... 46 5.3.4 Mesure de la résonance au primaire ............................................................................................... 47 5.4 Les problèmes rencontrés durant la mise en service et les solutions apportées ................................ 47 5.4.1 Les erreurs de footprints .................................................................................................................. 47 5.4.2 Le courant au niveau du primaire .................................................................................................... 48 5.4.3 L’échauffement de la résistance de puissance ................................................................................ 49 5.4.4 Court-circuit au niveau du bornier secteur ...................................................................................... 49 5.5 L’accordage de la bobine ..................................................................................................................... 49 5.5.1 Conclusion de l’accordage de la bobine .......................................................................................... 49 5.6 Bilan de la fabrication .......................................................................................................................... 50 5.6.1 Les arcs électriques de la bobine construite .................................................................................... 51 5.7 Aspects sécuritaires ............................................................................................................................. 52 6 Conclusions ............................................................................................................................................ 53 7 Sources et bibliographie ........................................................................................................................ 54 8 Annexes ................................................................................................................................................. 57 8.1 Annexe 1 - Motivations, conclusion personnelle et remerciements ................................................... 57 8.2 Annexe 2 - Lexique .............................................................................................................................. 59 8.3 Annexe 3 - Liste des figures ................................................................................................................. 61 8.4 Annexe 4 - Rapport de mesure des bobines du laboratoire haute-tension ........................................ 63 8.4.1 Méthodes de mesure ....................................................................................................................... 63 8.4.2 La bobine de M.Chabloz .................................................................................................................. 65 8.4.3 La bobine 600kV .............................................................................................................................. 66 8.4.4 La bobine rouge ............................................................................................................................... 67 8.4.5 La bobine verte ................................................................................................................................ 68 8.4.6 Conclusion des mesures ................................................................................................................... 69 8.5 Annexe 5 - Rapport des mesures thermiques de la bobine OneTeslaTS ............................................. 71 8.5.1 1er test avec une musique de 2 minutes .......................................................................................... 72 8.5.2 2ème test avec une musique de 2 minutes ........................................................................................ 74 8.5.3 Tests avec une musique de 1 minute ............................................................................................... 76 8.5.4 Bilan de ces différentes mesures ..................................................................................................... 77 8.6 Annexe 6 - Etiquetages des bobines haute tension ............................................................................. 79 8.7 Annexe 7 - Rapport de mesures des caractéristiques de la bobine construite ................................... 81 Bobine de Tesla musicale Damien Zbinden 7 8.7.1 Méthodes de mesure ....................................................................................................................... 81 8.7.2 Tableau de mesures ......................................................................................................................... 82 8.7.3 Oscillogrammes de mesures ............................................................................................................ 83 8.7.4 Conclusion des mesures ................................................................................................................... 83 8.8 Annexe 8 - Rapport de l’accordage de la bobine ................................................................................. 85 8.8.1 Méthode de mesure ........................................................................................................................ 85 8.8.2 Conclusion de l’accordage ............................................................................................................... 85 8.9 Annexe 9 - Liste de pièces ................................................................................................................... 87 8.10 Annexe 10 - Mode d’emploi de la bobine OneTesla ............................................................................ 89 8.10.1 Mise en service ............................................................................................................................ 90 8.10.2 Description du boîtier de commande .......................................................................................... 91 8.10.3 Les différents modes du boîtier de commande ........................................................................... 92 8.10.4 Charger des musiques sur la carte micro SD ............................................................................... 92 8.10.5 Le live mode ................................................................................................................................ 92 8.10.6 Utilisation lors de présentations ................................................................................................. 93 8.11 Annexe 11 - Mode d’emploi de la bobine de Tesla ............................................................................. 95 8.11.1 Mise en service ............................................................................................................................ 96 8.11.2 Description du boîtier de commande .......................................................................................... 97 8.11.3 Les différents modes du boîtier de commande ........................................................................... 98 8.11.4 Charger des musiques sur la carte micro SD ............................................................................... 98 8.11.5 Le live mode ................................................................................................................................ 98 8.11.6 Utilisation lors de présentations ................................................................................................. 99 8.12 Annexe 12 - Organisation et planification ......................................................................................... 101 8.13 Annexe 13 - Documents OneTesla ..................................................................................................... 105 8.14 Annexe 14 - Documents OrCad ......................................................................................................... 113 8.15 Annexe 15 - Plans du refroidisseur .................................................................................................... 117 8.16 Annexe 16 - Liste de corrections ....................................................................................................... 119 8.17 Annexe 17 - Contrat de confidentialité ............................................................................................. 121 Bobine de Tesla musicale Damien Zbinden 9 1 La bobine de Tesla La bobine Tesla est un transformateur élévateur de tension inventé aux environs de 1891 par Nikola Tesla. 1.1 Nikola Tesla, son inventeur Nikola tesla est né en 1856 en Croatie, alors membre de l’Empire d’Autriche. Il effectue ses études en ingénierie électrique à l’Institut polytechnique de Graz en Autriche de 1875 à 1877. [2]. Sa carrière débute dans la téléphonie et l’ingénierie électrique, avant de partir aux Etats-Unis, à New- York plus précisément. Il devint alors un des ingénieurs les plus créatifs, déposant plusieurs centaines de brevets. Pionnier du courant alternatif, il est l’inventeur de l’alternateur et donc du moteur électrique asynchrone. [3]. Sa principale motivation était de rendre l’électricité accessible à tous, gratuitement. Figure 1 - Nikola tesla [i1 & i2] Ruiné à plusieurs reprises, notamment dupé par des proches, Tesla n’a jamais eu de chance financièrement. Bien qu’il n’ait jamais eu la possibilité de financer son projet de fournir l’électricité gratuitement à tout le monde, sa société Westinghouse-Tesla gagne sa “guerre“ contre Edison et le courant continu et obtient le contrat de l’installation de toute l’infrastructure électrique des uploads/Science et Technologie/ zbinden-damien.pdf