alimentation d'un SYSTEME EMBARQUE CONVERTIR L énergie électrique en énergie mécanique REDUIRE la vitesse

Transcription

1 SSI SCIENCES DE L INGENIEUR devoir maison alimentation d'un SYSTEME EMBARQUE V Chassilian St Jo Avignon Objectif du T.P : Visualiser et étudier les caractéristiques électriques (U,I) du moteur dans ses différentes phases de fonctionnement (Démarrage, fermeture des lames, changement du sens du moteur, ouverture des lames, arrêt du moteur) 1. Présentation fonctionnelle et caractéristiques du sécateur : 1.1. Schéma fonctionnel : Image de l effort Image de la position Branche à couper ENERGIE ELECTRIQUE CONTROLER la position et l effort INTERFACER en puissance CONVERTIR L énergie électrique en énergie mécanique REDUIRE la vitesse TRANSFORMER un mouvement de rotation en mouvement de translation TRANSFORMER un mouvement de translation en un mouvement de coupe ENERGIE MECANIQUE Régulateur PWM Pont en H Moteur à courant continu réducteur vis à billes + écrou Réf UC3637 à transistors MOSFET 1/3,7 Branche ccoupée 1.2. Documentation constructeur : Puissance nominale du moteur : Vitesse de rotation du moteur pendant la coupe : Diamètre maximum de la branche à couper : Temps de coupe pour une branche : Temps de repos moyen entre chaque coupe : Conditions de fonctionnement du sécateur : Pn = 30W moyen/moteur = constante max = 22 mm t coupe = 1s t coupe = 4s pendant 8 années 2. Etude préliminaire : 2.1. Rappeler à quelle grandeur mécanique est liée la tension d alimentation d un moteur à courant continu. D après les hypothèses de fonctionnement données, justifier le type de tension que l on devra appliquer Rappeler à quelle grandeur mécanique est liée l intensité du courant électrique délivré à un moteur à courant continu. D après les hypothèses de fonctionnement données et vos connaissances mécaniques, justifier qualitativement que l intensité moyenne du courant absorbé par le moteur pendant la coupe d une branche est lié au diamètre de celle-ci A partir du schéma structurel de la carte de commande du moteur du sécateur par un pont en H, en déduire la valeur de la tension d alimentation Relever dans la documentation du constructeur la puissance moyenne de fonctionnement. Connaissant la tension d alimentation, en déduire la valeur moyenne de I. 3. Expérimentation : Introduction : La pince ampèremétrique permet de visualiser un courant ; pour cela on la pince sur le fil parcouru par le courant à visualiser. Un calibrage exprimé en mv/a permet d avoir le rapport entre le courant mesuré et la tension visualisée sur l oscilloscope. On le règlera afin d observer l intégralité du courant sur l écran de l oscilloscope. Page 1/8

2 3.1. Proposer sur le Document Réponse N 1, un schéma de montage avec les appareils de mesures dont on dispose afin de visualiser le courant et la tension aux bornes du moteur Sachant que l intensité du courant peut atteindre 2A en cas d effort, entourer le réglage à effectuer sur les sondes afin de pouvoir observer le signal de façon optimale. L oscilloscope possède 8 divisions sur l axe vertical, en déduire le calibre (en V/div) à choisir pour observer le signal de façon optimale. 4. Analyse des résultats : 4.1. Identifier sur la courbe obtenue et donnée sur le document réponse N 1 : - les deux phases de fonctionnement du sécateur (par une double flèche) : «Fermeture des lames», «ouverture des lames», - Les différents évènements lors du fonctionnement (flécher l évènement) : «démarrage», «cisaillement», «freinage», «redémarrage», «arrêt du moteur». Justifier cette identification Calculer les puissances absorbées par le moteur pour chacun des évènements : «démarrage», «cisaillement», «freinage», «redémarrage», «arrêt du moteur» puis en dehors de ces évènements lors des phases de «Fermeture des lames» et «ouverture des lames». Attention aux signes! En déduire l énergie nécessaire pour la réalisation d un cycle complet Préciser pour chacun des évènements : «démarrage», «cisaillement», «changement de sens», «arrêt du moteur» si le moteur fonctionne en moteur ou en générateur, justifier votre réponse. Justifier le signe de la puissance obtenue précédemment pour chaque évènement Sur le schéma structurel donné pour la carte de commande du moteur lors de l ouverture (document réponse N 2) puis de la fermeture (document réponse N 3) des lames : flécher U en bleu, I en vert pour le fonctionnement en moteur puis en rouge pour le fonctionnement en générateur 4.5. Le schéma structurel étudié précédemment est assimilable à un pont en H réalisé à base d'intérrupteurs (Voir Document Réponse N 4). A partir des résultats obtenus à la question précédente, représenter l état des interrupteurs, U et I sur le schéma simplifié du montage donné le document réponse N 4 lors de la fermeture puis de l ouverture des lames Le pont en H étant réalisé à base de 4 transistors MOSFET, déduire de la question précédente l état des transistors pour chaque cas et donner les différentes tensions que l on devra appliquer sur les bases de T1 à T4 pour les deux rotations souhaitées. Compléter le tableau sur le DOCUMENT REPONSE N 4 sachant que l on notera B si le transistor est bloqué, S s il est saturé Que se passe-t-il électriquement aux bornes du moteur lors d un fonctionnement en générateur? Quelle est la conséquence sur les transistors si aucun moyen de protection n est prévu? Quels choix le constructeur a-t-il fait pour répondre à cette problématique Justifier le choix du concepteur pour l utilisation des MOSFET. Page 2/8

3 SONDE DIFFERENTIELLE CALIBRE 1/20 1/50 1/100 1/200 DOCUMENT REPONSE N 1 Qu 3.1. : MALLETTE BOITIER DE MESURE Umoteur SECATEUR Câble BNC Imoteur PINCE AMPEREMETRIQUE Câble BNC 10mV/A 100mV/A Qu 4.1. : Sonde en tension / calibre x20 Sonde en courant / calibre 100mV/A Page 3/8

4 U DOCUMENT REPONSE N 2 : Schéma structurel partiel de la carte de commande du sécateur OUVERTURE DES LAMES Page 4/8

5 DOCUMENT REPONSE N 3 : Schéma structurel partiel de la carte de commande du sécateur FERMETURE DES LAMES Page 5/8

6 DOCUMENT REPONSE N 4 Qu 4.5. : INT1 INT2 INT3 INT4 0 V Compléter les deux schémas équivalents suivants lors : - De la fermeture des lames : - De l ouverture des lames: Vcc = 24 V Vcc = 24 V L L Qu 4.6. : Tableau à compléter : Sens de rotation du moteur Fermeture 0 V 0 V T1 T2 T3 T4 Vg1 Vg2 Vg3 Vg4 Ouverture Page 6/8

7 DOCUMENT RESSOURCE MOSFET Page 7/8

8 DOCUMENT CONSTRUCTEUR MOSFET Page 8/8