Calculer une puissance mécanique et électrique. En déduire un rendement énergétique

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1 OBJECTIFS Calculer une puissance mécanique et électrique. En déduire un rendement énergétique POINTS DU PROGRAMME ABORDES Comportement énergétique des systèmes Stockage d énergie SUPPORTS ET DOCUMENTATIONS UTILISES - Voiture EMAXX avec radiocommande - 2 batteries et montage électrique de mesure - Deux chargeurs - Banc - Tachymètre - Pince ampèremétrique - Dynamomètre et pince de serrage - Réglet CONDITIONS DE REALISATION - Travail en binôme - Durée : 4h - Compte rendu à rendre en fin de la séance Page 1 sur 9

2 1 ) Présentation L EMAXX est une voiture radiocommandée tout terrain équipée de deux moteurs électriques à courant continu, d une boite de vitesse deux rapports et de suspensions à grand débattement pour effectuer des sauts ou des franchissement en trial. On se propose dans cette étude de déterminer les pertes mécaniques et électriques des constituants de la voiture 2 ) Notions élémentaires en mécanique F Une force : C est la modélisation (représentation simplifiée) d'une action mécanique capable de déformer un corps ou de modifier son état de mouvement ou de repos. Elle est représentée par un vecteur pour donner son sens et sa direction. Sa norme est donnée en newton (N). Elle peut être déterminée à l aide d un dynamomètre Un couple : F : Vecteur force du ballon sur la tête Le couple est un effort en rotation appliqué à un axe donnant un mouvement circulaire. Le terme couple provient des deux forces opposées qui le crée. Il se compose de 2 valeurs: 1 force F et une longueur appelé bras de levier. On mesure le couple en newtons mètre (N m). COUPLE E Force Force Bras de levier Page 2 sur 9

3 3 ) Détermination du couple résistant du banc de mesure En utilisant le dynamomètre, appareil mesurant une force, déterminer la force nécessaire pour mettre en rotation le banc. Il faudra utiliser le véhicule sans moteur et sans cardan pour prendre en compte seulement les frottements dans les paliers et rouleaux du banc en charge. Utiliser deux disques en alliage d aluminium pour avoir la masse équivalente (5 kg) et une position du centre de gravité proche du véhicule d origine. Les frottements des pneus sur le tapis sont négligés. Aidez vous des photos afin de reproduire la procédure Page 3 sur 9

4 F =... Calculer le couple résistant du tapis à l axe de rotation Force permettant la rotation du banc Bras de levier = Rayon Couple résistant Couple = Force x bras de levier Dans notre cas C= F. R Avec les unités suivantes : C en N.m (newton mètre) F en N (newton) R en m (mètre) Calculs : 4 ) Relevé de la vitesse maxi sur le banc Pour mesurer une vitesse on utilise un tachymètre. Pour de raison de sécurité on utilisera le mode sans contact. Il faudra vérifier qu il n y a pas glissement entre la roue et le tapis, c est à dire que la vitesse du tapis est égale à la vitesse de la roue. Si ce n est pas le cas des hypothèses devront être émises. Page 4 sur 9

5 Mesure de la vitesse de la roue Mesure de la vitesse du tapis La manipulation se fera avec le professeur Vitesse maxi roue =.. Vitesse maxi tapis =.. Conclusion : Remettre en charge les batteries Page 5 sur 9

6 5 ) Notions élémentaires en électricité C est quoi un courant? Mesurer un courant c est déterminer l intensité d électricité dans le circuit. Son unité de mesure est l ampère noté A. Pour mesurer un courant, on place un ampèremètre en série dans le montage électrique. C est quoi une tension? Mesurer une tension c est déterminer la différence de potentiels entre deux points du circuit électrique. Son unité de mesure est le volt noté V. Pour mesurer une tension, on place un voltmètre en dérivation (ou en parallèle) aux bornes du récepteur ou du générateur. 6 ) Mesures sur la charge des batteries La capacité de charge des batteries est définie par la formule : Q = I. t Avec les unités suivantes : Q en a.h (ampère heure) I en A (ampère) t en h (heure) Calculer le temps de charge nécessaire sachant que le chargeur de batterie délivre un courant constant de 2 A et que les batteries disposent d une capacité de 3000 ma.h (en considérant les batteries complètement déchargées, ce qui n est pas forcément notre cas). Calculs : Page 6 sur 9

7 Mesurer le courant de charge des batteries. Pour cette mesure on utilise une pince ampèremétrique qui remplace l ampèremètre et évite de couper le circuit. La manipulation se fera avec le professeur I = 7 ) Conversion de la vitesse de rotation en vitesse linéaire de la roue On veut exprimer la vitesse de rotation en vitesse linéaire exprimée en km/h. Cette unité nous est plus familière. Vitesse linéaire = vitesse de rotation x rayon de l élément tournant V = ω. R Avec les unités suivantes : V en m/s ω en rd/s (radian par seconde) R en m On note que : 1 tr = 2π rd 1min = 60 s Donc Calculer la vitesse linéaire de la roue en m/min puis en km/h... Page 7 sur 9

8 8 ) Détermination de la puissance mécanique A partir des relevés et des calculs précédents nous voulons déterminer la puissance aux roues qui a été nécessaire pour faire tourner le tapis du banc. Puissance = Couple x vitesse de rotation P=C.ω Avec les unités suivantes: P en W (watts) ω en rd/s C en N.m Calculs : 9 ) Détermination de la puissance électrique délivré par les batteries Placer les batteries rechargées sur le véhicule En régime continu la puissance Avec les unités suivantes: P=U.I est : P en W (watts) U en V I en A Pour mesurer la tension et le courant on utilise une pince multifonction, appareil qui remplace le voltmètre et l ampèremètre. Pour chaque batterie, relever ces valeurs à vitesse maxi de la roue. La manipulation se fera avec le professeur Page 8 sur 9

9 Batterie 1 Batterie 2 U max I max Calculer la puissance électrique délivrée par les deux batteries (P = P1 + P2) ) Détermination du rendement de Le rendement exprime le rapport de la puissance mécanique restituée par rapport à la puissance électrique fournie par les batteries. Il s exprime généralement en %. η = P mécanique P électrique Calculer ce rendement : Conclure :. Page 9 sur 9