Dimanche 18 juin 2006
par jean marie bourven
publié dans :
i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
voici donc le corrigé du problème: Hacheur Série
un moteur
CC est caractérisé par sa fréquence de rotation nominale n = 3000 min-1
sous la tension nominale voisine de 180 V
l'induit
présente en frotteurs une résistance ohmique de r = 0,5 ohms
on utilise le moteur pour entraîner une charge utile de couple résistant constant M = 19,8N.m
les pertes collectives sont estimées à Pc = Pfer + P méca = 1260W à 3000 min-1
on souhaite faire varier la vitesse à l'aide d'un hacheur série
A) étude du moteur CC
--> on réalise
l'essai suivant en générateur: le moteur est entraîné par un moteur auxilliaire à la fréquence de rotation 1000 min -1: entre ses frotteurs on
relève la tension induite E = 51,7 V
A.1) calculer la constante k du moteur CC
un générateur à vide présente la relation tension-courant U = E - rI
[et non E +rI !! qui est la caractéristique du mode moteur ]
avec I = 0 ( à vide) cela donne U = E ( c'est U que mesurera un voltmètre )
on a établi en cours que la fem vaut E = k.W (fem proportionnelle à la vitesse angulaire)
donc k = E /W ...mais l'énoncé utilise la fréquence de rotation n en tour/minute
il faut convertir avec W = pi.n/30 ( W = 314 rad.s-1 )
on obtient finalement: k = 30.E/(pi.n)
A.N.: k = 0,4937 d'où k ~ 0,494 V.s
--> on met en charge le moteur à sa vitesse nominale
A.2) calculer la puissance utile Pu pour entraîner la charge
la charge appelle une puissance mécanique du type Pu = M.W avec
M: moment du couple utile
W: vitesse angulaire
c'est donc un calcul direct: Pu = M.pi.n/30
A.N.: Pu = 19,8.pi.3000/30 = 6220,35W d'où Pu ~ 6,22 kW
A.3) calculer la puissance électromagnétique Pem = Pu + Pc
on obtient A.N.: Pem = 6220 + 1260 = 7480W soit Pem = 7,48 kW
A.3) en déduire le moment Mem du couple électromagnétique et calculer l'intensité I du courant
la relation Pem = Mem.W est à utiliser avec la valeur de W précédente ( 314 rad.s-1)
qui donne Mem = Pem /W
on obtient A.N.: Mem = 23,8 N.m
calcul de l'intensité d'induit:
nous avons pour tout moteur la proportionnalité moment de couple-courant: Mem = k.I
d'où I = Mem / k
A.N.: I = 23,8 / 0,4939 soit I = 48,2 A
A4) peut-on négliger la valeur de la résistance r?
justifier la réponse par des considérations de puissance
négliger une valeur de résistance n'a en soi aucun sens, même si elle est faible ( ici 0,5 ohms)
ce qu'il faut savoir c'est quelle est l'importance de la puissance qu'elle absorbe par rapport aux autres puissances en jeu dans l'ensemble
moteur-charge
calculons donc la puissance joule dite Pcu ( perte de cuivre)
Pcu = rI² (nous sommes en continu...)
on obtient donc Pcu = 0,5.48,2² soit Pcu = 1162W! = 1,16 kW
importance de r ?
on voit que Pcu/Pem = 1,16/ 7,48 = 0,155
ceci signifie que l'effet Joule dans l'induit (qui est une perte sèche en matière de puissance électrique utilisable) représente à lui seul 15,5% de la puissance électromagnétique
donc Pcu et a fortiori r ne sont pas à négliger dans ce problème
B) réglage du hacheur
on souhaite piloter la charge à 3000 min-1 à l'aide d'un hacheur série et d'une source de tension de 200V
B1) calculer la puissance électrique absorbée Pa par l'induit
calculons maintenant la puissance électrique absorbée Pa = Pem + Pcu
on obtient Pa = 7,48 + 1,16 = 8,64 kW
B3) en déduire la valeur de la tension U nécessaire
il suffit maintenant d'écrire qu'aux bornes de l'induit, l'alimentation électrique fournit Pa = UI
d'où U = Pa /I soit A.N.: U = 8640 / 48,2 = 179,25 d'où U ~
179 V
vérification du bilan de puissance: Pa= Pcu + Pem = 1,16 + 7,48 = 8,64 kW
qui correspond aux arrondis près à Pa = UI
B4) calculer la valeur du rapport de cycle alpha sur laquelle il faut régler la commande du hacheur
à l'aide du document suivant, fourni dans le rappel de mon article, et que je replace ci-dessous:
première méthode:
on applique la relation caractéristique de l'induit du moteur CC: U = kW + rI
avec ici: U = <uM>= alpha.Uo , Uo = 200V k = K.PHI = 0,4939 V.s
et W = "oméga" = 314 rad.s-1
r = 0,5 ohms et <i> = I = 48,2 A
on recherche la valeur d'alpha:
alpha.200 = 0,4939.314 + 0,5.48,2 ==> alpha = 0,896 ~ 0,9
seconde méthode:
<uM> = 179 V question précédente d'où alpha = 179 /200 = 0,896 ~ 0,9
Dimanche 18 juin 2006
par jean marie bourven
publié dans :
i-e 11: Philosophie et Science,
Voici jeunes gens qui vous décidez peut-être à embrasser une carrière d'ingénieur, voire de savant ou de chercheur...voici le texte qui a longtemps éclairé ma carrière de physicien et d'astronome...il est d'Aristote ...
c'est pour moi une référence.
Attention, je n'ai pas dit que j'étais un disciple d'Aristote... si je parle de référence, c'est en tant qu'ancrage, et un ancrage c'est comme une attache familiale, on ne peut discuter son existence et son fondement, par contre on peut contester la façon dont elle est vécue, et "ruer dans les brancards" si nécessaire...on peut apprécier Aristote, fondement de notre philosophie scientifique, et à l'occasion s'opposer à ses thèses ...
Je ne vais pas non plus dire que je souhaite bousculer ce grand philosophe, d'autres l'ont fait avant moi, et on su construire une physique plus nouvelle, plus adaptée à la révolution des idées.
Certains diront que Relativité et Mécanique Quantique lui auraient certainement semblé très improbables ...et ces mêmes diront que sortir ce vieux fantôme du placard, c'est pas très moderne !
Mais qui sait ? Comment aurait-il réagi et théorisé sur ces 2 questions
en son temps ?
Nul ne le sait.
En tout cas, moi je crois que le texte que vous allez lire est TRES MODERNE !
il est tiré de la Physique, tome 1 Edition les belles lettres traduction de Henri CarteronConnaissance et science se produisant, dans tous les ordres de recherches dont il y a principes ou causes ou éléments, quand on a pénétré ces principes, causes ou éléments ( en effet nous ne pensons avoir saisi une chose que lorsque nous en avons pénétré les causes premières, les principes et jusqu'aux éléments), il est donc clair que dans la science de la nature, il faut s'efforcer de définir d'abord ce qui concerne les principes.L'analyse
Or, la marche naturelle, c'est d'aller des choses les plus connaissables pour nous et les plus claires pour nous à celles qui sont plus claires en soi et plus connaissables; car ce ne sont pas les mêmes choses qui sont connaissables pour nous et absolument.
C'est pourquoi il faut procéder ainsi: partir des choses moins claires en soi, plus claires pour nous, pour aller vers les choses plus claires en soi et plus connaissables.Or, ce qui, pour nous, est est d'abord manifeste et clair, ce sont les ensembles les plus mélés; c'est seulement ensuite que, de cette indistinction, les éléments et les principes se dégagent et se font connaître par voie d'analyse.C'est pourquoi il faut aller des choses générales aux particulières; car le tout est plus connaissable selon la sensation, et le général est une sorte de tout: il enferme une pluralité qui constitue comme ses parties.voilà bien de quoi alimenter notre réflexion, et de savoir si la conduite prônée par Aristote est dans le sens de la modernité scientifique ou au contraire, dans un sens opposé.
j'attends vos commentaires jmb
Vendredi 16 juin 2006
par jean marie bourven
publié dans :
i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
le Hacheur Série (ou modulateur rectangulaire à largeur variable)
dispositif destiné à piloter la vitesse de rotation d'un moteur CC rédaction en cours depuis ce matin 17 Juin 8h40l'article comprendra plusieurs parties distinctes
1) rappel sur le moteur CC
2) pilotage en vitesse du moteur CC
3) comment faire varier une tension
4) le principe du Hacheur Série
5) l'intégration du Hacheur dans un circuit d'induit
6) un petit problème niveau TSTI GM
mon code de couleur:
violet: texte et commentaires
marron: pièces et dispositifs
bleu: grandeur physique
vert: formules
orange: raisonnements
rouge: à retenir
1)moteur à courant continu, c'est fait comment ?vous connaissez tous le moteur à courant continu constitué de 3 parties:- l'inducteur (stator) ou "excitation" qui est alimenté en courant continu constant pour créer un champ magnétique B constant (en tesla T) et fixe entre ses pièces polaires ( établissement des lignes d'un flux magnétique entre les pôles N et S de l'inducteur) figure ci-dessous:
- l'induit (rotor) qui est lui aussi alimenté par une autre source de tension continue U (en volt V) et dont les brins actifs sont traversés par un courant continu d'intensité I (en ampère A) - le jeu de contacts mobiles (frotteurs-lames de collecteur) qui permet d'alimenter en courant l'induit au cours de sa rotation
voir figure ci-dessous le rôle de ce jeu de contact en liason avec l'induit ( qui tourne !)
commentaire: les sources de tension de l'inducteur et de l'induit sont parfois...communes: inducteur et induit ( excitation série qui fournit un fort moment de couple)parfois séparées: excitation dite "indépendante" les démarreurs de voiture sont à excitation série, les moteurs CC de robot et d'automatisme sont à excitation indépendantevous savez tous que l'interaction entre B et I est à l'origine d'un moment de couple électromagnétique Mem (en N.m) (Tem dans certains cours) proportionnel à I donc de la forme:
Mem = kI (ou Tem =KI)vous avez tous compris que la vitesse de rotation "oméga" W ( rad.s) entraînée par ce couple est à l'origine d'une fem d'induction E ( en volt V) proportionnelle à cette vitesse E = kW
vous avez appris aussi que l'ensemble des brins actifs du rotor et des contacts mobiles présentait au courant I une résistance R ( en ohm bien sûr)certains ont aussi remarqué dans mes cours que la constante k pouvait aussi s'écrire
k = K.PHI
ou PHI est le flux inducteur ( en weber Wb) et K la constante d'induit ( dite aussi d'Arnold)en tous cas, vous avez tous retenu qu'il existe entre les grandeurs précédentes une relation fondamentale qui est: U = E + RI ou aussi U = kW + R.Mem/k ou encore: U = (K.PHI)W + R.Mem/(K.PHI) que j'appelle " caractéristique électro-mécanique de l'induit "
vous savez tout ça...
donc, passons au principe du pilotage en vitesse
2) pilotage en vitesse, qu'est-ce que c'est ?j' écris de nouveau la relation caractéristique: U = kW + R.Mem/(KPHI)
qui donne une courbe dite de réponse (vitesse, tension) ...voir ci-dessous
Ud est la tension de démarrage, valeur minimale qu'il faut appliquer pour "décoller" l'induit
et 1 /(K.PHI) est le coefficient directeur de cette courbe
remarque:
- la vitesse angulaire W (oméga) est une relation affine de la tension
- plus le moment du couple électromagnétique est fort, plus la tension de démarrage doit augmenter
- plus le flux diminue, plus le coefficient directeur augmente ( attention, phi ne doit pas s'annuler! sinon...survitesse dangereuse de la rotation)
ainsi: pour piloter la vitesse, moyennant la connaissance des paramètres PHI et Mem, il suffit d'agir proportionnellement sur la tension U
3) mais comment agir sur la tension U ?
agir sur une tension peut se faire par deux dispositifs
- commande directe de l'alimentation à courant fort : rhéostat dit "de démarrage"
c'est une résistance de forte puissance interposée dans le courant d'induit ...en agissant sur son curseur on crée une variation de tension U...problème: la commande n'est pas linéaire
- commande électronique à courant faible agissant sur un interrupteur placé dans le courant d'induit: hacheurs et variateurs d'onde de redressement
ces deux dispositifs agissent sur le signal de tension u(t) et sur sa valeur moyenne U =<u>
mais seul le hacheur, qu'on va présenter ci-dessous dans quelques lignes, est à commande linéaire
remarque: si par malchance vous deviez passer l'oral de rattrapage en Sciences Physiques, sachez bien rappeler et expliquer ce dernier point:
le Hacheur est un variateur de tension à commande linéaire par courant faible...
(ça en jette vraiment!)
4) construction et principe du Hacheur Série
4a) voici le schéma de principe:
b) fonctionnement:
un interrupteur électronique à deux positions: fermeture a et ouverture b est commandé par un générateur de cycle de fréquence f
les composants électronique capables d'assurer cette commutation commandées sont:
- le transistor npn ou pnp le plus courant car simple à mettre enoeuvre
- le thyristor avec circuit de blocage ( plus complexe à maîtriser)
- l'IGBT ( voir le lien internet) et le GTO ( voir aussi le lien ) qui sont moins connus au lycée
il s'en suit que le courant traversant l'interrupteur peut connaître deux états: passant a et bloqué b
faisons un essai sur une charge résistante alimentée en amont par une source continue uo
si l'interrupteur est en position fermée a il apparaît aux bornes de R une tensuion u = Uo
si l'interrupeteur est ouvert (courant bloqué) alors la tension aux bornes de R est nulle
voilà pour le fonctionnement...c'est simple
état a fermé: courant passant, tension non nulle
état b ouvert: courant bloqué, tension nulle
c) conséquence utile:
soit T la période de commande ou de cycle et,
avec 0<alpha <1
alpha T la durée de fermeture de l'interrupteur
la valeur moyenne <uc> de la tension uc(t) aux bornes de la charge est donnée par le principe intégral:
<uc> = aire du cycle / période du cycle
soit <uc> = largeur x hauteur du rectangle / largeur de la période
enfin <uc> = alpha.T.Uo / T = alpha.Uo
voilà donc la grande utilité du hacheur série
<u> = produit du rapport de cycle par la tension de la source
<uc> = alpha.Uo
ainsi, le hacheur peut faire varier linéairement la valeur d'une tension issue d'une source continue en:
1) créant un signal T-périodique rectangulaire (a,b) à partir de sa commande
2) en faisant varier la durée alpha.T de son état passant (a)
la fonction de linéarité c'est la suivante <uc> = Uo . alpha
où Uo est le coefficient directeur et alpha la variable ( malin non ?)
5) intégration du hacheur série dans le circuit d'induit du MCC
on va donc intégrer le hacheur en le plaçant en série dans le courant d'induit I
question donc: que va-t-il se passer au cours d'un cycle ?
phase a) de 0 à alpha.T l'induit va être sous tension, donc il va tourner en obéissant à la caractéristique électromécanique vue plus haut
phase b) de alpha.T à T, plus de tension...et là que se passe-t-il...?
en fait le moteur tourne sur sa lancée précédente ! il ne s'arrête pas comme ça d'un seul coup !
autre question: que devient l'intensité I au cours du cycle?
l'induit, en tournant, doit fournir du couple à sa charge mécanique de façon douce et continue, et non pas lui faire subir des "à -coups" qui engendrerait des vibrations néfastes.
il faut donc permettre à l'induit:
- d'assurer à ce courant une intensité I quasi-constante au cours du cycle entier
- d'évacuer son courant pendant la phase où uc = 0
donc, afin de répondre à ces deux contraintes, on va ajouter au circuit Source-Hacheur-Induit deux éléments essentiels:
- une bobine de "lissage du courant" en série avec l'induit
- une diode anti-parallèle avec I, dite "diode de roue libre" ou DRL et placée entre l'entrée de la bobine et la sortie de l'induit
ainsi:
- de 0 à alpha.T la bobine va se charger en énergie magnétique sous le passage de I
la diode en opposition à I n'étant pas en service
- de alpha.T à T la tension uc étant nulle, la bobine va décharger son énergie magnétique
dans l'induit, créant un courant qui circulera dans le circuit fermé
Bobine-Induit-Diode
voilà ce que cela donne en terme de fonctionnement général:
je vous ai présenté ci-dessus ce que l'on peut dire de plus complet sur le sujet...en TSTI GM il vous suffira de retenir plus simplement:
- le principe de fonctionnement du hacheur série
- le schéma Source-Hacheur-Bobine-Induit et le rôle de la DRL
- et enfin les deux relations très importantes pour le pilotage en vitesse
uM aux bornes de l'induit vaut <uM> = alpha.Uo
et qui, avec R (résistance d'induit ) négligeable
uM = K.PHI. W donne
W = alpha.Uo/K.PHI pour la première relation
la bobine ayant une inductance L suffisante, elle impose un courant d'intensité
moyenne constante
<i> = I pour la seconde
6) problème de révision ( attention changement de données/ ancienne version)
un moteur CC est caractérisé par sa fréquence de rotation nominale n = 3000 min-1
sous la tension nominale voisine de 180 V
l'induit présente en frotteurs une résistance ohmique de r = 0,5 ohms
on utilise le moteur pour entraîner une charge utile de couple résistant constant M = 19,8N.m
les pertes collectives sont estimées à Pc = Pfer + P méca = 1260W à 3000 min-1
on souhaite faire varier la vitesse à l'aide d'un hacheur série
A) étude du moteur CC
--> on réalise l'essai suivant en générateur: le moteur est entraîné par un moteur auxilliaire à la fréquence de rotation 1000 min -1: entre ses frotteurs on relève la tension induite E = 51,7 V
A.1) calculer la constante k du moteur CC
--> on met en charge le moteur à sa vitesse nominale
A.2) calculer la puissance utile Pu pour entraîner la charge
A.3) calculer la puissance électromagnétique Pem = Pu + Pc
A.3) en déduire le moment Mem du couple électromagnétique et calculer l'intensité I du courant
A4) peut-on négliger la valeur de la résistance r?
justifier la réponse par des considérations de puissance
B) réglage du hacheur
on souhaite piloter la charge à 3000 min-1 à l'aide d'un hacheur série et d'une source de tension de 200V
B1) calculer la puissance électruique absorbée Pa par l'induit
B3) en déduire la valeur de la tension U nécessaire
B4) calculer la valeur du rapport de cycle alpha sur laquelle il faut régler la commande du hacheur
document annexe:
correction: dimanche en fin d'après midi ( environ 18 à 19h)
bon courage
Mardi 13 juin 2006
par jean marie bourven
publié dans :
i-e 8 : Astronomie-Astrophysique
l' Usine Nouvelle ( excellente revue très ouverte et portée sur la culture dans son ensemble, pas uniquement technique ) fait paraître cet article
la galaxie M82 est observable dans la constellation de la Grande Ourse, de magnitude 9,2 donc peu accessible aux instruments trop fermés...l'idéal utiliser des jumelles 7 x 50...par nuit très noire bien sûr, on l'observe à coté de sa voisine M81
quelques renseignements et photos sont ici
ce soir peut-être ? dans ce cas repérez l'étoile polaire et à 9-10 h environ( sur votre gauche ) et 50° de hauteur par rapport à l'horizon
plus précisement: cherchez dans cette région --->
Mardi 13 juin 2006
par jean marie bourven
publié dans :
i-e3-a : Optique BTS TPIL
Chers Etudiants de TPIL,
afin de résumer la séance de révision sur les réglages du Michelson, je vous laisse sur le blog 2 schémas et 2 clichés correspondant au dispositif réglé à l'épaisseur nulle
1) les composants et le chemin des rayons
2) les commandes du moteur de translation du miroir mobile
3) les anneaux centrés ( miroirs ortho-parallèles) 633 nm (laser He-Ne )
4) les franges de coin d'air en lumière blanche: épaisseur nulle
Enfin je joins le plan général Michelson + enregistreur
et un exemple d'enregistrement obtenu en TP
voilà donc ce que vous devez maîtriser en terme de savoir-faire
jmb
