CHAINE DE CONVERSION ÉLECTROMÉCANIQUE

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1 CHAINE DE CONVERSION ÉLECTROMÉCANIQUE I Energie d un système isolé II Transfert et conversion d énergie III Moteur à combustion interne IV La voiture électrique

2 I Energie d un système isolé L énergie, E, d un système est constituée de son énergie mécanique, Em, et de son énergie interne U. E = Em + U Rappel : Em = Ec + Ep L énergie interne, U, est la somme des énergies cinétiques et potentielles d interaction des particules composant le système. Un système isolé n échange pas d énergie avec l extérieur : son énergie est constante.

3 II Transfert et conversion d énergie a- Schématisation Rappel : On peut schématiser une chaine énergétique. Que représentent les rectangles, les cercles et les flèches? Les transferts sont schématisés par des flèches, les réservoirs d énergie par des rectangles et les convertisseurs par des cercles.

4 Exemple : Voiture électrique Compléter en indiquant les types d énergie et la nature du réservoir et du convertisseur: Réseau EDF ou batterie Wa : Travail Electrique Moteur électrique. Wu : Travail mécanique Energie mécanique Ep : Energie thermique ( chaleur)

5 b- Travail, puissance et rendement. La puissance correspond à une énergie transférée ( travail) par unité de temps. J (Joules) W (Watt) P = W t Durée en s (secondes) Le rendement du système,, correspond au rapport du travail utile, Wu, sur le travail ou l énergie absorbé, Wa ou Ea. η = W u E a J

6 C- Mouvement à vitesse ou accélération constante. Exemple d une voiture. Sur une route horizontale, à vitesse constante, l énergie mécanique du système ne varie pas. Les forces de frottements tendent à freiner le véhicule, l énergie mécanique produite par le moteur compense leur travail résistant, Wr. Lorsque la vitesse est constante : Wu = - Wr

7 Que peut-on dire des valeurs absolues de Wu et Wr lorsque la voiture accélère? Lors d un mouvement accéléré l énergie cinétique augmente donc d après le théorème de l énergie cinétique Wu + Wr > 0 Lorsque la vitesse augmente Wu > Wr

8 III Le moteur à combustion interne a- Chaîne énergétique. Pour une voiture équipée d un moteur thermique, le moteur, alimenté par les réactions chimiques du carburant, entraine le mécanisme de transmissions qui permet au véhicule d avancer. Compléter la chaine énergétique suivante.

9 Carburant + air.. Energie chimique Energie chimique, Q1 Moteur thermique Energie dissipée sous forme de chaleur, Q3 Travail mécanique, Wm Transmiss ion Travail mécanique utile, Wu Voiture en mouvement Energie mécanique Energie dissipée sous forme de chaleur, Q3

10 Rendement d un véhicule à combustion interne : Expression du rendement M du moteur : Ce rendement est de l ordre de 25% (essence) à 30% (diésel). Expression du rendement mécanique : Ce rendement est de l ordre de 90%. Expression du rendement global g : M = W m Q 1 = W u W m g = W m Q 1. W u W m = Mx

11 Remarque : Les moteurs sont rarement dans les conditions nominales, c est-à-dire dans leurs conditions d utilisations optimales. Les rendements globaux réels avoisinent les 15% et sont donc en deçà des valeurs calculées à l aide de la relation précédente.

12 IV La voiture électrique a- Les éléments

13 b- Un système réversible Phase de traction : Cette phase a lieu sur route horizontale ou lors d une montée. Calculer le rendement global de la chaîne. g = W mu W e = 0,9x0,9x0,9 0,7

14 Phase de régénération Lors d une descente ou d un freinage, le moteur devient générateur. L énergie est finalement stockée sous forme d énergie chimique dans la batterie. Le rendement global est approximativement le même qu en mode traction.

15 C- Point de fonctionnement d un moteur électrique Un moteur est caractérisé par le couple de force qu il applique lorsqu il tourne. Ce couple varie en fonction de la fréquence de rotation (voir courbe). Au couple exercé par le moteur, s oppose un couple résistant exercé par le système mécanique que le moteur fait tourner. En régime permanent les valeurs absolues de ces couples sont égales, on est au point de fonctionnement.

16 Point de fonctionnement :

17 Remarque : Un véhicule hybride possède à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique.

18 FIN