Activités Pratiques EE

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1 Activités Pratiques EE Nom : CI 4 Modélisation d une chaîne d énergie AP1 Titre SCOOTER EVT 3h00 Problématique L exigence de franchissement est-elle respectée pour le scooter EVT? Objectifs Modéliser le comportement en vitesse d un scooter électrique, Mettre en œuvre le logiciel de simulation Matlab Simulink (Simscape). 1 Données du cahier des charges du scooter EVT technologie Moteur Batterie Vitesse mode Eco : Mode Puissance : Franchissement Caractéristiques Roue Poids à vide Poids en charge Diamètre 40 cm 2 Description de la machine à courant continu du scooter EVT constructeur technologie actionneur Paramètres électriques Paramètres mécaniques Résistance d induit R (Ω) Moment d inertie de la roue J (kg.m²) 0.1 Inductance de l induit L (H) Grandeurs électriques nominales Tension nominale U (V) Courant nominal I (A) Constant de f.e.m Grandeurs mécaniques Constante k (V/rd/s) Tableau 1 Vitesse nominale n n (tr/min) Q1 Calcul de la vitesse nominale de la machine à courant continu B. Aublin / D. Guérin 1/7 STI2D EE Eiffel Dijon

2 Q2 Calcul de la valeur nominale de l intensité du courant dans la machine à courant continu 3 Mesure des paramètres de la machine à courant continu : R, L, k. 3.1 Mesure de la constante de fem Démarche mise en œuvre Instrumentation variable mesurée ordre de grandeur attendu Instrumentation utilisée repère Schéma de câblage Points d observation du courant moteur (fils par paire, passer ensemble ceux de couleurs rouge et noire Points de mesure (tension moteur entre les bornes rouge et bleue) B. Aublin / D. Guérin 2/7 STI2D EE Eiffel Dijon

3 dans la boucle de la sonde de courant). Q3 Compléter le tableau de mesures U (V) I (A) n (tr/mn) Q4 Reporter les mesures dans le fichier Mesure_de_k.xls et donner la valeur de la constante de f.e.m Q5 Compléter le tableau Mesure de la résistance et de l inductance Un essai a été effectué et est à votre disposition dans le fichier Essai_rotor_bloqué.xls. Q6 Déduire le calcul de la résistance et de l inductance à partir de l essai proposé. Q7 Compléter le tableau 1. 4 Modélisation dans Matlab_Simulink 4.1 Scooter sur la béquille Le premier modèle a pour but de vérifier la conformité du modèle à l essai effectué pour la mesure de k. Des ajustements de la tension batterie seront nécessaires pour ajuster le modèle à l état de charge des batteries. Rappel, pour trouver les éléments du modèle, Clic Library Browser rechercher en tapant le nom de l élément Q8 Quel est le coefficient de conversion K de m/s en km/h? B. Aublin / D. Guérin 3/7 STI2D EE Eiffel Dijon

4 Q9 Lancer la simulation (temps de simulation 30 secondes) et lire la vitesse atteinte par le scooter en km/h? Q10 En combien de secondes la vitesse maximum est-elle atteinte? (le constructeur donne 15s) expliquer les écarts. Q11 A quelle valeur ajuster la tension batterie pour retrouver l essai de mesure de la constante k? 4.2 Scooter avec conducteur Sur la béquille, le moteur a une inertie très faible (0,1 kg.m 2 ). Si on veut tenir compte dans le modèle de l inertie due au poids du scooter et du conducteur, il faut compléter le modèle par une inertie équivalente J eq calculée à partir de l énergie cinétique. E = 1 2. M. V2 = 1 2. J eq. Ω 2 avec la relation ente la vitesse linéaire du scooter et angulaire de la roue V = R. Ω en remplaçant : E = 1 2. M. (RΩ)2 = 1 2. J eq. Ω 2 on trouve J eq = M. R 2 Q12 Calculer l inertie équivalente J eq si vous êtes le conducteur du scooter. Q13 Compléter l inertie équivalente J eq avec sa nouvelle valeur dans le modèle matlab Q14 En combien de secondes la vitesse maximum est-elle atteinte? ((le constructeur donne 15 secondes sur terrain plat) 4.3 Simulation du franchissement Sur la route, le scooter doit vaincre 3 forces : Force Aérodynamique Force liée à la pente Force de roulement (déformation des pneus) B. Aublin / D. Guérin 4/7 STI2D EE Eiffel Dijon

5 Pour simuler ces trois efforts, Il faut ajouter au modèle une charge (source de force idéale). Le port S de la charge permet de rentrer la valeur de l effort, variable selon la pente. Le bloc Signal Builder permet de dessiner le profil d effort attendu : sur le plat, pente à 8% et pente à 15 %. Force aérodynamique Cx = 0,8 ; Surface frontale S = 0,9 m² ; densité de l air à 20 C = 1,2kg/m 3 Q15 Calculer la force aérodynamique pour la vitesse trouvée précédemment. Force liée à la pente Masse totale : M=Scooter + conducteur (vous) : Gravité g=9,81 m/s 2 une pente à 8%, correspond à une élévation de 8m sur une distance de 100m Ce qui correspond à la tangente de l angle θ tan θ = = 0,08 soit θ = tan 1 0,08 = 4,57 et sin 4,57 = 0, m θ Q16 Calculer la force liée à la pente de 8% Q17 Calculer la force liée à la pente de 14% Force de roulement Coefficient de résistance au roulement R f = 0,03 ; Masse totale : M=Scooter + conducteur (vous) : Gravité g=9,81 m/s 2 Q18 Calculer la force de roulement Q19 Compléter le tableau Route Force aerody. Force roul. Force pente Total plat pente à 8% pente à 14% Q20 Dessiner le graphe des efforts dans Signal Builder (Attention, les efforts s opposent au mouvement, les compter négatifs) plat pente 8 % pente 14 % 30 secondes B. Aublin / D. Guérin 5/7 STI2D EE Eiffel Dijon

6 Q21 Compléter le modèle Q22 Lancer la simulation (temps de simulation 150 secondes) et mesurer les trois vitesses atteintes.... Q23 Conclure vis à vis du cahier des charges Influence de la décharge de la batterie sur la vitesse (sur route plate) Le fabricant de la batterie donne la courbe de décharge suivante : On peut paramétrer la décharge de la batterie dans Simulink en donnant un modèle linéaire de la décharge. on observe (pour I=30 A) tension batterie pleine charge : 12,4 Volts Changer la source de tension qui représente la batterie par une batterie réelle (Battery) B. Aublin / D. Guérin 6/7 STI2D EE Eiffel Dijon

7 tension batterie déchargée : 12 Volts Autonomie : 1h20 on peut estimer la profondeur de décharge à 80% (limite à ne pas dépasser en général sous peine de destruction de la batterie) Ce qui donne pour les 4 batteries en série le paramétrage suivant : Q24 Compléter le modèle et paramétrer un parcours sur terrain plat Q25 Simuler sur un temps long pour observer le comportement de la vitesse et conclure. B. Aublin / D. Guérin 7/7 STI2D EE Eiffel Dijon