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Ingénierie et Développement Durable Page 1/ 8Adapter et moduler l’énergie électrique

NOTE OBSERVATIONS

OBJECTIFS DE FORMATION COMPETENCES ATTENDUES

O3 - Analyser l’organisation fonctionnelle et structurelle d’un produit

CO3.3.Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d’un produit CO3.4. Identifier et caractériser des solutions techniques

Classe : Adapter et Moduler l’énergie électrique

Nom : ………………………..Prénom : …………………….Binôme : …………………….. .............................Date : .................................

Secondaire (sortie)

Primaire(entrée)


SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE ASSOCIES :

2.3. Approche fonctionnelle et structurelle des chaînes de puissance : 2.3.4. Modulation de puissance Modulation électrique commandée (AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC).2.3.5. Adaptation de puissance Adaptation électrique non commandée (AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC).3.3. Comportement énergétique des produitsComportement temporel des constituants d’une chaîne d’énergie.

PRE-REQUIS : Cours chaîne fonctionnelle.

SUPPORT / RESSOURCES

Ordinateur, voiture TAMIYA avec banc de test, tachymètre. Maquettes hacheur et gradateur

DUREE / CONDITIONS

Travail en Binôme, durée du TP : 4 H

Introduction:

L’énergie électrique dans la chaîne d’énergie est fournie à une tension et à une fréquence fixe, il est souvent nécessaire d’agir sur la tension afin de s’adapter au récepteur (le convertisseur d’énergie), cette possibilité est obtenu par deux type de constituants :

- Les adaptateurs d’énergie électrique qui vont adapter la tension dans la fonction « Alimenter ».- Les modulateurs d’énergie électrique qui vont moduler la tension pour « Moduler l’énergie ».

On se propose dans cette activité de comprendre le rôle de ces constituants

I )Adaptateur d’énergie : Le Transformateur

Dans l’armoire de sécurité du système de levage nous avons deux transformateurs, ils permettent d’alimenter en énergie une partie du système qui a besoin d’une tension de sécurité (pour alimenter le pupitre opérateur par exemple).

On ne peut pas faire des mesures directement sur le monte- charge, mais nous pouvons les réaliser sur des boites d’alimentation du laboratoire.

Transformateur

UsUp

4 voyants en parallèle si possibleAAC

WAC

IsIp

VACPrimaire Secondaire

Cordon BNC

Sonde D2 Différentielle

1/10

Sortie Bornes IP2X

Transformateur

UsRéseau EDF Up


rapport 1/100

Oscilloscope

CH1

Oscilloscope

CH2

division


1 ) On vous demande de réaliser des mesures électriques pour caractériser l’énergie électrique demandée au primaire et au secondaire du transformateur.

ATTENTION : Câbler le schéma mais ne pas mettre sous tension sans vérification du professeur

- Récupérer dans le tableau ci-dessous les mesures avec votre pince ampèremétrique.

- Le récepteur est constitué de 4 Lampes basse tension en parallèle. En fonction de la puissance secondaire appelée, calculer la puissance d’une lampe.

Plampe =

-Trouver le rendement de l’adaptateur d’énergie (le transformateur) : =

2 ) On veut récupérer les oscillogrammes des tensions primaire et secondaire du transformateur afin de mieux comprendre la forme du signal transmis par ce transformateur.

ATTENTION : Câbler le schéma mais ne pas mettre sous tension, faire vérifier le professeur. Sondes différentielles obligatoires pour la sécurité.

- Récupérer les deux signaux Up= f(t) et Us = f(t), à l’aide de la

touche « AUTO-SET » de l’oscilloscope.

- Tracer en couleur les signaux Up en vert et Us en bleu sur la visualisation oscilloscope ci-contre.

- Identifier le « 0 V » des deux signaux et récupérer les calibres vous permettant de les analyser.

Courant (A) Tension (V) Puissance (W)Coté Primaire Ip= Up= Pp=

Coté secondaire Is= Us= Ps=

Sortie bornes IP2X sur la Tamiya

UsVDC

Mesure sur connecteur batterie

U batterie

Moteur=

VDCUe Umot

Variateur de vitesse

Consigne


Calibre Base de temps (Bdt) = ……….. / div

Rapport sonde D1 1 / ……..

Rapport sonde D2 1 / ……..Calibres lecture directe en fonction des sondes utilisées:

Up Cal ch1 = …………. V /div

Us Cal ch2 = …………. V/ div

Période : T(sec)

T = nbre div x Bdt

Fréquence f (Hz)

f = 1 / T

U maxi(V)

U= Nbre div x Cal ch

U mini(V)


U efficace (V)Ueff = Umaxi / 2

Comparer avec voltmètre

Signal Up

(voie 1)

Signal Us

(voie 2)

-Faire apparaitre toutes les constructions nécessaires et analyser les deux oscillogrammes dans le tableau ci-dessous :- Que pouvez-vous conclure sur l’allure des signaux ? Barrer les mentions fausses :

Les signaux sont : alternatifs, continus, sinusoïdaux, carrés, triangulaires, périodiques ou non périodiques, symétriques ou non symétriques par rapport au 0V

-On veut faire une analogie avec le réducteur de vitesse de la Tamiya. Complétez le tableau :

Synthèse adaptateur d’énergie – Grandeurs qui caractérisent les énergies

Réducteur de vitesse (Tamiya)

Entrée : Energie mécanique rotation Ce (Nm), Ne (tr/min)

Sortie : Energie mécanique rotation

Cs, Ns

Rapport de vitesse

i g = N moteur /N roue= 8.347

Transformateur(utilisé sur le syst. Levage)

Entrée : Sortie : Rapport de tension m = Np/Ns = Up / Us

m = Le rapport de transformation du transformateur « m » est imposé par le nombre de spires au primaire et au secondaire.

II ) Modulateur d’énergie « LE HACHEUR » : Variateur de vitesse de la voiture Tamiya

1 ) Mise ne évidence du rôle du variateur de vitesse (modulateur d’énergie) sur la mise en vitesse de la Tamya

Vitesse roueN roue avec tachymètre

(tr/min)

Vitesse moteur N mot = 8.347 x N roue

(tr/min)

U batterie

Ue variateur

(V)

Umoteur

Us variateur

(V)

Constante de vitesse du moteurK = Umot / Nmot

(V/tr.min-1)

Réducteurde vitesse

ig = Nmot/ Nroueig = 8.347

Bloc Transmission

NRéducteur de vitesse ig = Nmot/ Nroueig = ????

Sortie bornes IP2X

Bloc Transmission

UsUe Moteur=

Alimentation continue

Réglage +12V =

Réseau EDF

Sonde D1Différentielle1/20

Variateur de vitesse

Consigne

CH1 CH2

Cordon BNC

Sonde D2 Différentielle1/20

N faible N moyendivision


+ N maxi =

+ N moyen =

- N maxi =

- Vous allez récupérer dans le tableau ci-dessous les mesures directement sur la Tamya.- Comment le variateur de vitesse agit-il pour modifier la vitesse et le sens de rotation du moteur ?

2 ) On veut récupérer les oscillogrammes des tensions aux bornes du variateur de vitesse, afin de mieux comprendre la forme du signal transmis par ce type de modulateur. Expérimentation sur maquette.

ATTENTION : Câbler le schéma mais ne pas mettre sous tension, faire vérifier le professeur. Les sondes différentielles sont obligatoires pour des raisons de sécurité.

En marche AVANT, modifier votre consigne vitesse et visualiser les oscillogrammes Ue et Us = f (t).

- Quels types de signaux avez-vous à l’écran? (type signal : alternatif, continu, sinusoïdal, carré, triangulaire, périodique)

Pour Ue = f(t) :

Pour Us = f(t) :

- Quel est le signal qui évolue avec la modification de la consigne ?

- Pour les deux vitesses N moyen et N faible on vous demande de relever Ue= f(t) et Us= f (t) avec l’oscilloscope.

- Récupérer les signaux Ue= f(t) et Us = f(t) pour chacune des vitesses à l’aide de la touche « AUTO-SET » de l’oscilloscope.

- Tracer en couleur les signaux Ue= f(t) en vert et Us = f(t) en bleu sur les deux visualisations de l’oscilloscope ci-dessous.

- Identifier les « 0 V » des deux signaux et récupérer les calibres vous permettant de les analyser.

Calibre Base de temps (Bdt) = ……….. / div



Calibres lecture directe en fonction des sondes utilisées:

Ue Cal ch1 =…………. V /div



- Faire apparaitre toutes les constructions nécessaires et analyser les oscillogrammes dans le tableau ci-dessous :

- Expliquer le principe du variateur de vitesse (Hacheur) que vous avez utilisé en fonction de t, et de la tension Us moyenne envoyée au moteur.

III ) Modulateur d’énergie « LE GRADATEUR» : Variateur de lumière dans les habitations

Nous venons de trouver chez Mr Bricolage une nouvelle « Lampe DUAL » qui fonctionne avec une télécommande, on se propose d’essayer cette nouvelle technologie.

1 ) On vous demande de réaliser des mesures électriques pour caractériser l’énergie électrique demandée et mettre en évidence la modulation d’énergie sur l’éclairement d’un chambre.

ATTENTION : Câbler le schéma mais ne pas mettre sous tension, faire vérifier le professeur.

ULRéseau EDF

LAMPE DUAL télécommandée

AACWAC

IL

VAC

N faible N moyen

Vitesse N (tr/min)

Ue maxi (V)

Us maxi (V)

Us mini (V)

Période de Us : T (s)

Fréquence f Hz si T en (s)F = 1 / T

t on (s)

: rapport cyclique = ton / T

Us moyen (V)Us moy = x Ue

Vac+dcRéseau EDF

CH1 CH2


- Familiarisez-vous avec cette nouvelle technologie et récupérez dans le tableau ci-contre les mesures avec une pince ampèremétrique et un luxmètre.

- Selon vous, quels sont les avantages d’utiliser ce genre de lampe.

- Attention, la télécommande est dans la chaîne d’information et pilote la chaîne d’énergie. Identifiez le matériel dans le montage qui réalise la fonction «Moduler l’énergie électrique» et la fonction «Convertir l’énergie électrique en énergie lumineuse » dans la chaîne d’énergie.

2 ) On veut récupérer les oscillogrammes des tensions aux bornes du variateur de lumière, afin de mieux comprendre la forme du signal transmis par ce type de modulateur à la lampe.

Nous utiliserons un gradateur "compatible LED" et une lampe LED compatible gradateur (LED dimmable).

On vous demande de préparer un câblage simple fin de valider le fonctionnement du variateur de lumière.

Modifier votre consigne de luminosité et visualiser les oscillogrammes Ue et Us = f (t).-. Quels types de signaux a-t-on ? (Type signal : alternatif, continu, sinusoïdal, carré, triangulaire, périodique)

Pour Ue = f(t) : Pour Us = f(t) :

- Quel est le signal qui évolue avec la modification de la consigne ?

- Pour deux éclairements moyen et maximum, on vous demande de relever Ue= f(t) et Us= f (t) avec l’oscilloscope.

- Récupérer les signaux Ue= f(t) et Us = f(t) pour les deux éclairements à l’aide de la touche « AUTO-SET » de l’oscilloscope.

- Tracer en couleur les signaux Ue= f(t) en vert et Us = f(t) en bleu sur les deux oscillogrammes ci-dessous.

- Identifier le 0 V des deux signaux sur l’oscillogramme et récupérer les calibres vous permettant de les analyser.

Calibre Base de temps (Bdt) = ……….. / div Rapport sonde D1 1 / ……..

Sortie bornes IP2X

UsUe

Variateur de lumière

Consigne

Lampe Led Dimmable


1/100

Cordon BNC


1/100

Niveau éclairementde la lampe à 20cm

(Lux)

U Lampe

(V)ILampe

(A)PLampe

(W)

Eclairement moyen Eclairement maximumdivision



Calibres lecture directe en fonction des sondes utilisées:

Ue Cal ch1 = …………. V /div


- Faire apparaitre toutes les constructions nécessaires et analyser les oscillogrammes dans le tableau ci-dessous

- Sur les gradateurs classiques (voir courbe ci-contre), on nous parle d’un temps de non conduction « t » sur une demi-alternance du réseau électrique. Identifier par un trait jaune sur les deux oscillogrammes de Us= f(t) ce temps cumulé de non conduction pour la demi-alternance.

- Expliquer le principe du variateur de lumière (Gradateur) que vous avez utilisé en fonction de t et de la tension Us mesurée au voltmètre.

Période :T(s)

T = nbre div x Bdt

Fréquence f (Hz) si T en (s)

f =1 / T

U maxi(V)


U mini(V)

t (ms)

Uefficace (V)Voltmètre en mode

AC+DC

Signal Ue (voie 1) 0

Signal Us (voie 2)

Eclairement moyen

Signal Us (voie 2)

Eclairement maximum

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