MODULATION DE L ENERGIE D UN SECATEUR ELECTRONIQUE

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1 1. Présentation MODULATION DE L ENERGIE D UN SECATEUR ELECTRONIQUE La taille de la vigne représente deux à trois mois de travail difficile en hiver. Les viticulteurs taillent à raison de huit à dix heures par jour. Avec un sécateur, ils répètent donc le même geste des milliers de fois. Les sociétés fabriquant du matériel agricole cherchent depuis longtemps un moyen pour améliorer les conditions de travail du viticulteur. Les outils classiques, lorsqu'ils sont mécanisés, nécessitent l'utilisation de plusieurs éléments reliés soit entre eux, soit à un tracteur qui fournit l'énergie nécessaire. Selon le type d'énergie disponible. des sociétés ont conçu et réalisé le sécateur pneumatique, le sécateur hydraulique, puis le sécateur électronique qui permet à l'ouvrier d'être plus mobile. Le sécateur électronique est alimenté par des accumulateurs, une réserve d'énergie électrique, qui sont logés dans une mallette, celle-ci étant accrochée à la ceinture. Le sécateur électronique est un outil portatif. Il a été développé par l'entreprise Pellenc SA. Le modèle PE 20 a été commercialisé de 1987 à 1990". 2. Mise en situation Pour actionner la lame mobile du sécateur permettant le cisaillement, il est nécessaire de disposer d'une énergie mécanique. Celle-ci est fournie par un moteur électrique à courant continu. L'objectif est d'étudier le modulateur d'énergie électrique alimentant l'actionneur et la transmission de l'énergie mécanique, issue du moteur, à la lame mobile. 2.1 Caractéristiques techniques du sécateur Les données de la fiche ci-contre sont fournies par le constructeur. Diamètre de coupe moyen (suivant la natu du bois) : 22 mm. Tension d'alimentation du sécateur : U = Puissance mécanique moyenne : 2P = 120 Vitesse maximale de rotation du moteur : N = 8000tr.min-'. Capacité de la batterie nickel-cadmium 9-4,5 A.h. Durée d'utilisation moyenne sans rechargé environ 8 heures. Tension / fréquence d'alimentation du chargeur : U = 220 V l f = 50 Hz. Puissance apparente du chargeur : S = 15 Temps de charge moyen : t = 12 heures. Pas de la vis à bille : 2 mm. Rapport de réduction du réducteur : r = 1/3.7 Masse du sécateur : M, = 800. Masse de la mallette contenant les accumulateurs : M,,, = 3,5 kg. TD SECATEUR 1 /5

2 2.2 Analyse fonctionnelle 3. Problématiques On se propose de répondre aux questions suivantes : Quelle est l'utilité du modulateur d'énergie commandant le moteur électrique du sécateur? Sur quel (s) paramètre(s) agit il? 4. Au coeur de l'étude La figure 3 représente le schéma électrique du modulateur d'énergie dont le tableau de nomenclature figure ci-contre. FIG3 TD SECATEUR 2 /5

3 Pour simplifier l'étude, on adopte l'équivalence de la.figure 4 : Fig 4 Q 1 Les éléments repérés TOI, T02, T03 et T04 peuvent prendre plusieurs états. Nommer ces états. Donner le schéma simplifié de la figure 3 en considérant l'hypothèse simplificatrice de la.figure 4. Le relevé de la figure 5 représente l'allure de la variation de la tension aux bornes du moteur (fig. 5a) et l'allure de la variation de la tension aux bornes de l'interrupteur T4 (fig. 5b) pour un cycle fermeture-ouverture de la lame mobile. Q3 Indiquer la valeur de la tension aux bornes d'un interrupteur parfait lorsqu'il est fermé. Q4 Quels sont les interrupteurs fermés lorsque la tension aux bornes du moteur est positive? Q5 Quels sont les interrupteurs fermés lorsque la tension aux bornes du moteur est négative? Q6 Peut-on commander simultanément les interrupteurs Tl et T3 ou T2 et T4? Justifier votre réponse. La lame mobile du sécateur est ouverte. À vide, c'est-à-dire sans aucune branche entre les lames, on relève simultanément les variations temporelles de l'intensité du courant absorbé parle moteur (fig. 6a) et de la tension à ses bornes (fig. 6b. TD SECATEUR 3 /5

4 On obtient l'évolution temporelle de l'intensité I du courant (fig. 6a) en visualisant l'allure de la variation de tension U aux bornes de la résistance Shunt RSM (fig. 3). Pour le courant I, l'échelle est de 0,5 V par division. Pour la tension U, l'échelle est de 20 V par division. La base de temps est de 200 ms par division. Q7 Calculer la valeur de l'intensité du courant de pointe au démarrage du moteur pour chacun des deux sens de rotation. Lorsque le moteur est alimenté par une tension négative, il provoque la fermeture de la lame mobile. Dans le cas d'une tension positive, il provoque l'ouverture de la lame mobile. Q8 Préciser sur le relevé de la figure 6 les zones correspondant à la fermeture et à l'ouverture de la lame mobile. En augmentant l'échelle de temps sur la partie entourée (en noir) de la figure 6, on obtient l'allure de la tension aux bornes du moteur représentée sur la figure 7. Données : T = 47 ps ; t~ = 7,8 ps ; t2 = 15,6 ps ; t3 = 23,5 ps. Q9 Calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes du moteur pendant les phases 1, 2 et 3. Q10 Comment évoluera la vitesse de rotation du moteur durant les phases 1 à 3? Q11 Ce modulateur d'énergie est appelé modulateur de type MLI (Modulation de Largeur d'impulsion). En vous référant à la figure 7, expliquer ce terme. Q12 À partir du relevé de la figure 6, indiquer la durée de l'action «fermeture de la lame». TD SECATEUR 4 /5

5 On relève maintenant les variations temporelles de l'intensité du courant absorbé par le moteur (fig. 14a) ainsi que celles de la tension à ses bornes (fig. 14b) lorsque l'on coupe un sarment de diamètre moyen de 16 mm. FIG 14 Pour la tension aux bornes de la résistance RSM, image de l'intensité du courant dans le moteur, l'échelle est de 0,5 V par division. Pour la tension U, l'échelle est de 20 V par division. La base de temps est de 200 ms par division. Q23 Comparer l'allure des variations de l'intensité du courant électrique absorbé par le moteur à vide (fig. 6) et en charge (fig. 14). Q24 À quelle phase de fonctionnement correspond la partie du relevé entourée en noir? Q25 Quelle est la nouvelle durée de la phase «fermeture de la lame»? Comparer cette valeur au temps de fermeture de la lame sans aucune branche (à vide). Q26 Calculer la vitesse de rotation moyenne du moteur pour ce fonctionnement. Q27 À quelle phase de fonctionnement correspond la partie du relevé entourée en jaune? Q28 La durée de cette phase est identique à vide et en charge. Pourquoi? Q29 Le cisaillement du sarment engendre une surintensité du courant électrique absorbé par le moteur. Calculer la valeur de l'intensité maximale du courant électrique pendant le cisaillement du sarment. Q30 Conclure quant au rôle du modulateur d'énergie. TD SECATEUR 5 /5