Repère : TP n 3 Titre : La conduite économique du train. Niveau : 1 STI GE Lieu d activité : Laboratoire d'essais de systèmes

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1 Travaux pratiques: Electrotechnique Repère : TP n 3 Titre : La conduite économique du train Niveau : 1 STI GE Lieu d activité : Laboratoire d'essais de systèmes Temps prévu : 4 heures Système : FERELEC Définition des tâches confiées à l élève : Enoncé des objectifs : Connaissance Prérequis : Compréhension - Informations sur la traction électrique (Aide multimédia n 1). - Notions d'énergie électrique, d'énergie mécanique (énergie potentielle, énergie cinétique) (TPn 2). - Approche globale, fonctionnelle et structurelle, du Ferelec, en liaison avec le système réel (Aide multimédia n 2). En ayant à votre disposition : - le Ferelec, associé à un ordinateur, une imprimante; - un compteur d'énergie et un wattmètre raccordés au système par le professeur; - l'aide multimédia n 2 "Le Ferelec"; - le texte du TP, pages 2 à 8. On vous demande : - Analyser les risques électriques avec le professeur, puis respecter ses instructions. - Effectuer, en binôme, les différentes opérations proposées par les documents de travail, pages 2 à 6. Critères d évaluation : - Conversions, calculs de vitesse, calculs d'énergie, calcul économique: aucune erreur n'est admise. - Représentation des raccordements des mesureurs: symbolique normalisée, aucune erreur de localisation. - Configuration, réglage du système: aucune erreur; en conformité avec le mode opératoire et les valeurs proposées. - Essais: tous les essais sont effectués, les relevés fournis. - Commentaires, interprétations de résultats : rédaction claire, utilisation du vocabulaire scientifique et technique adapté. Evaluation proposée par le professeur responsable: Compétences terminales (programme du baccalauréat): - Justifier une décomposition fonctionnelle du système automatisé selon la méthode d'analyse descendante (point de vue gestion d'énergie). Compétences intermédiaires (pour ce TP): - Caractériser certains flux énergétiques ou informationnels Application Compétences terminales (programme du baccalauréat): - Installer des mesurages pertinents pour tester la conformité des comportements du système automatisé (par référence aux modèles attendus). Compétences intermédiaires (pour ce TP): - Représenter le raccordement des appareils de mesure. - Procéder aux réglages du système. - Procéder aux essais. Evaluation-Analyse Synthèse Compétences terminales (programme du baccalauréat): - Montrer que le programme d'action sur la matière d'œuvre (ou sur l'état d'un mobile) conditionne la nature, la quantité et la qualité de l'énergie délivrée. Compétences intermédiaires (pour ce TP): -Comparer, au plan énergétique, deux modes de conduite du convoi ferroviaire. Nom de l'élève: Ferelec: la conduite économique du train Page 1 sur 8

2 1- Mise en situation: Un convoi de 340 tonnes doit parcourir un trajet de 7,65 km en 10 minutes pour satisfaire les contraintes d'exploitation de la ligne. Il s'agit de déterminer le mode de conduite le moins consommateur d'énergie parmi deux possibilités : parcours à vitesse constante (1) et parcours avec "marches sur l'erre" (2). Profil du trajet: Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 PALIER PENTE -3% RAMPE 3% PALIER 0 km 1 km 3,44 km 5,88 km 7,65 km s - Convertir les distances, exprimées en km, en unités exploitables par le logiciel de conduite du Ferelec : une vitesse de rotation de la charge du Ferelec de 1 rd/s correspond à 1km/h dans la réalité. Compléter le tableau suivant : km 0 1 3,44 5,88 7,65 tours Détail de l'opération effectuée: - Calculer en km/h puis en tr/min de la charge, la vitesse moyenne du convoi. - Le FERELEC est consigné. Observer puis dessiner sur le schéma (document ressource n 1) les branchements du compteur d'énergie et du wattmètre. - Préciser la localisation de la mesure d'énergie équivalente, si elle avait lieu sur le système de traction réel: Ferelec: la conduite économique du train Page 2 sur 8

3 2- Parcours à vitesse constante : (126vc2) Une mise en vitesse progressive permet de parcourir 280 tours en 86 s. - Calculer la valeur de la vitesse constante à programmer ensuite, pour respecter l'horaire prévu. Le mode "Asservissement de vitesse avec prévision du profil" ne permet pas de simuler un fonctionnement en descente. L'essai se déroule donc en deux parties: - Partie 1 : phases 1,3,4, (paliers et rampes); - Partie 2 : phase 2, en mode manuel (pente). 2-1 Partie 1: paliers et rampe à vitesse constante : Phase 1 Phase 3 Phase 4 PALIER avec mise en vitesse progressive RAMPE 3% PALIER 0 km 1 km 3,44 km 5,21 km km 0 s Profil à programmer: Une phase de mise en vitesse permet d'amener progressivement le convoi à la vitesse constante calculée ci-dessus. ( en supposant un freinage d'arrêt non consommateur d'énergie). Distance (km) Consigne vitesse (km/h) Déclivité Distance (tours) % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 1973 Consigne vitesse (tr/min) % Ferelec: la conduite économique du train Page 3 sur 8

4 Mode opératoire: Le FERELEC est déconsigné par le professeur, les armoires sont fermées. Conditions d'essai : POS 1,mode "Asservissement de vitesse avec prévision du profil"; volet fermé, 340 tonnes. Programmer le profil. Implanter deux points d'enregistrement: position de la charge, vitesse de la charge. Passer en mode "marche". Relever les indications du compteur d'énergie. Vérifier si les réponses obtenues correspondent au profil programmé. Imprimer les courbes : position charge = f(t) et vitesse charge = f(t). Durée du trajet à "vitesse constante" phases 1,3,4 : Consommation énergétique : 2-2 Partie 2: descente à vitesse constante : (137x6) Mode opératoire: - Le FERELEC est déconsigné par le professeur, les armoires sont fermées. Conditions d'essai : POS 1,mode "Marche manuelle",volet fermé 340 tonnes. Programmer : commande simultanée, I = 25 A, marche en palier. Passer en mode "marche". Lorsque la charge atteint la vitesse de 500 tr/min, programmer une pente (-3%), passer immédiatement en mode "Freinage rhéostatique séparé" I = 16 A. Relever sur le wattmètre la puissance consommée en vitesse stabilisée (~510 tr/min en descente). Puissance : Durée du trajet partiel à "vitesse constante" phase 2 : Consommation énergétique : 2-3 Synthèse des essais à vitesse constante : - Vérifier si la durée totale correspond au cahier des charges, interpréter le résultat : - Calculer l'énergie consommée lors du parcours complet (parties 1 et 2) : Ferelec: la conduite économique du train Page 4 sur 8

5 3- Trajet avec marches sur l'erre : (126ere) Mode opératoire: - Le FERELEC est déconsigné par le professeur, les armoires sont fermées. Conditions d'essai : POS 1, mode "Asservissement de vitesse avec prévision du profil", volet fermé, 340 tonnes. Programmer le profil. Implanter deux points d'enregistrement: position et vitesse de la charge. Passer en mode "marche". Relever les indications du compteur d'énergie, leur évolution dans le temps. Imprimer les courbes : position charge = f(t) et vitesse charge = f(t). Profil à programmer: Durée du trajet : Consommation énergétique : Distance (km) Consigne vitesse (km/h) Déclivité Distance (tours) Consigne vitesse (tr/min) % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 4382 ARRET - Commenter la courbe de vitesse obtenue: respect de l'horaire, effets des marches sur l'erre selon le profil. Ferelec: la conduite économique du train Page 5 sur 8

6 4- Synthèse: - Evaluer le mode de conduite le plus économique. - Calculer, en pourcentage, l'économie réalisée. - Interpréter le résultat ci-dessus, à l'aide des observations effectuées et du document ressource DR2. ("Marche sur l'erre"):. Expliquer pourquoi il faut éviter ou retarder les freinages.. Désigner les phases d'acquisition d'énergie cinétique par le convoi.. Désigner les phases de restitution d'énergie cinétique par le convoi. Modélisation fonctionnelle : sur l'analyse fonctionnelle, niveaux A-0 et A0 : - Repérer, par la lettre A : le flux représentatif de l'énergie consommée mesurée. Par la lettre B : le flux représentatif de l'énergie "motrice" autre que l'énergie électrique. Par la lettre C : le flux représentatif des décisions du conducteur, permettant de minimiser la consommation énergétique. - Préciser les caractéristiques de chacun de ces flux. Ferelec: la conduite économique du train Page 6 sur 8

7 Document ressource n 1 Ferelec: la conduite économique du train Page 7 sur 8

8 Document ressource n 2 Marche sur l'erre Définition: erre: vitesse résiduelle d'un navire sur lequel n'agit plus le propulseur. Extrait de règlement SNCF : "Comment réaliser la conduite économique du train" Le mécanicien doit: - Respecter les limitations de vitesse avec d'autant plus de précision que le taux de vitesse est faible. - Ne pas circuler systématiquement aux vitesses limites d'une section de ligne, si rien ne le justifie. - Effectuer le maximum possible de marche sur l'erre notamment à l'approche des points d'arrêt et des zones où la vitesse doit être réduite. - En palier, ou faible déclivité, maintenir la vitesse permettant de réaliser l'horaire. - Dans les pentes, profiter au maximum de l'énergie qui peut être acquise. A cet effet: - Aborder la pente à vitesse réduite de manière à éviter ou retarder le freinage. - Atteindre le bas de la pente, frein desserré, à vitesse aussi élevée que possible, au besoin en anticipant la reprise de l'effort de traction si la vitesse acquise doit être maintenue. - Dans les rampes: - Aborder les rampes à vitesse aussi élevée que possible afin de profiter de l'énergie emmagasinée. - Circuler sans chercher à maintenir cette vitesse si rien ne le justifie. Ferelec: la conduite économique du train Page 8 sur 8