Objectif de la séance : Vérifier les caractéristiques du système embarqué «TROTINETTE ELECTRIQUE / PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUE»

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1 Titre : système embarqué étude de la motorisation. Lieu d activité : Laboratoire d essais des systèmes. Temps prévu : 2 Heures Temps passé : Nom : Prénom : Objectif de la séance : Vérifier les caractéristiques du système embarqué «TROTINETTE ELECTRIQUE / PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUE» Fonction 5: Essai - Mise en service - Contrôle T5.3 : Réaliser les essais et les mesures nécessaires à la qualification d un équipement. C01 Analyser un dossier C04 Rédiger un document de synthèse C06 Respecter une procédure C17 Mettre en œuvre des moyens de mesurage C18 Interpréter des indicateurs, des résultats de mesure et d'essais C19 Identifier les paramètres de réglage C20 Régler les paramètres Données Dossier technique de réalisation Manuels techniques des constructeurs Indicateurs de performance Les règles de sécurité sont respectées Les mesures sont judicieuses et adaptées Les réglages effectués corrigent les non conformités Résumé : Ce système permet d aborder certaines notions d échange énergie, de pertes, de dimensionnement de la motorisation. Cheminement de l étude : Analyse du système à partir de la documentation fournie. Relever les dimensions électrique et mécanique de cette trottinette électrique. Mesure de la puissance consommée par le système. Relevé de l évolution de l effort sur la roue motrice. Etude du convertisseur associé à la motorisation.

2 1. LE SYSTEME Le système est constitué d un véhicule électrique (trottinette) à motorisation continu dont la fonction est d assurer confortablement le déplacement d un enfant de six à douze ans. L énergie nécessaire au déplacement du véhicule est fournie par deux batteries d accumulateurs au plomb et est modulée par un convertisseur «DC DC» afin d assurer un déplacement à vitesse variable. La recharge en énergie des batteries est réalisée par une source solaire constituée de deux panneaux photovoltaïques via un régulateur assurant la protection des batteries. Pour des raisons de sécurité et de commodité de mesures, la charge sera simulée par un réglage de la force s exerçant sur la roue motrice arrière de la trottinette dont l intensité sera donnée par une jauge de contrainte extensométrique. Le Véhicule 2

3 Vue éclatée La motorisation 3

4 ETUDE ENERGETIQUE. La distribution d énergie réclamée par notre système est représentée par le synoptique cidessous. Trottinette Panneaux solaires photovoltaïques Régulateur Convertisseur DC - DC Motorisation Charge Batteries 2. ETUDE GENERALE DE LA TROTTINETTE ELECTRIQUE 2.1 justification des énergies rencontrer sur le système (C01 - C04) - Citer les différents types d énergie que l on rencontre dans le système. - Citer les différentes transformations d énergie effectuées dans le système et préciser par quel organe elles sont effectuées. On expliquera succinctement les lois et principes physiques mis en œuvre dans ces organes. Etude énergétique du véhicule. 2.2 Etude de la partie mécanique. (C06 C17- C18 C19) La charge du moteur de la trottinette est constituée d un réducteur à courroie crantée et de la partie mécanique du véhicule chargée par l enfant. La roue avant de la trottinette est bridée sur un socle et la roue arrière en polypropylène repose sur deux rouleaux en aluminium montés sur deux axes fixés au socle. Un système vis-écrou appuyant sur l arbre de la roue arrière permet de simuler la charge de l enfant sur la trottinette. Une jauge de contrainte permet de mesurer l effort exercé sur l arbre moteur du véhicule. 4

5 2.2.A Etude du réducteur à courroie. Roue motrice arrière Le réducteur Le réducteur à courroie crantée à courroie crantée Moteur Pignon secondaire Pignon primaire 2.2.A.1> Mesurer au pied à coulisse les diamètres : du pignon primaire : D p du pignon secondaire : D s de la roue : D r Ωm 2.2.A.2> Calculer le rapport de transmission du réducteur : r = Ωr Notations : Ω m vitesse de rotation du moteur et Ω r vitesse de rotation de la roue. 2.2A.3> Pour quelle raison peut-on admettre que le rendement du réducteur η r est unitaire? 2.2.B Etude de la charge. 2.2.B.1> Pour une vitesse V de déplacement fictif du véhicule, exprimer la puissance mécanique P m réclamée par la charge de masse totale M t. Notations : on appelle M 0 la masse du véhicule et M e la masse de l enfant, on suppose que ces masses reposent sur l essieu arrière. 2δ Rappel : la force de résistance au roulement F R = N D.F où F N représente la réaction du support au point d appui, δ le coefficient de résistance au roulement exprimé en mm (pour notre cas δ = 2 mm). r 5

6 2.2.B.2> Calculer cette puissance dans les deux cas suivants : a le véhicule étant à vide M 0 = 8 kg à la vitesse de 14 km/h b le véhicule étant en charge M t = 30 kg à la vitesse de 12 km/heure. 2.2.B.3> Pour chacun des deux cas ci-dessus, calculer la puissance utile P um du moteur et le couple T um qu il doit développer sur l arbre de la roue arrière. 2.3 Etude de la partie électrique. (C06 C17- C18 C19) 2.3.A Etude du convertisseur. Le schéma structurel du convertisseur continu-continu est donné en annexe A.1> Effectuer le schéma de principe de la partie puissance de ce convertisseur, on y fera figurer les sources d entrée et de sortie. Justifier la structure de ce convertisseur DC-DC à partir de la nature des sources. 2.3.A.2> Relever et tracer la caractéristique de transfert en tension V s = f(v e ) du convertisseur à vide. Justifier cette caractéristique. 2.3.A.3> Déterminer le rendement du convertisseur dans les quatre cas suivants : Pour un débit de 2 A et deux tensions de consigne v C égale 2,5V et 5V Pour un fonctionnement du véhicule à vide et deux de consigne v C égale 2,5V et 5V. 2.3.A.4> Relever et analyser les caractéristiques électriques d entrée [v e (t), i e (t)] et de sortie [v m (t), i m (t)] pour un courant de sortie I m = 2A et une tension de consigne v C = 2,5V. 6

7 Annexe : schéma structurel du convertisseur. 7

8 2.3.B Etude du moteur. Les caractéristiques «constructeur» du moteur sont : Type MY6812 : machine à courant continu à aimants permanents U n = 24 V P n = 100 W Diamètre = 7 cm Longueur = 10 cm (12 cm avec arbre) Masse = 1,08 kg 2.3.B.1> Que peut-on dire du flux d induction magnétique de la machine? 2.3.B.2> Etablir son bilan de puissance. 2.3.B.3> Mesurer la résistance R a d induit de la machine. 2.3.B.4> Déduire des relevés effectués en 2.3.A.4 la constante de couple k (en Nm) de la machine à courant continu. 2.3.B.5> Effectuer l essai à vide du moteur sous tension nominale pour en déduire ses pertes collectives. (On les supposera constantes dans les calculs ultérieurs) 2.3.B.6> Exprimer le couple du moteur électromagnétique T em du moteur en fonction de sa vitesse Ω m en prenant la tension U m comme paramètre. Tracer la caractéristique mécanique T um = f(ω m ) du moteur pour deux tensions d alimentation U m = U n et U m = U n / B.7> Sur le même graphe tracer les caractéristiques de charge T ch du moteur lorsque la trottinette est à vide (M=M 0 ) et lorsqu elle est en pleine charge (M=M t ). En déduire les quatre points de fonctionnement du système en régime permanent. Tension de consigne M = M 0 I m =0,75 A v c = 2,5 V v c = 5 V M = M t I m =3 A v c = 2,5 V v c = 5 V T um (Nm) Ω m (rad/s) 2.3.B.8> Exprimer le rendement du moteur en fonction de sa puissance absorbée : η m = f(p am ) Tracer cette caractéristique pour un courant variable ( 0,7 A<I m <3 A) absorbé par le moteur. 8