ACTIVITES PRATIQUES STI2D EE

Nom :
ACTIVITES PRATIQUES STI2D EE
CI 3
Stockage et conversion de l’énergie
AP4B
Titre
Lampe Sherpa
3h00
Problématique
Vous êtes chargé d’analyser les solutions technologiques de la lampe Sherpa.
Objectifs
Identifier les constituants d’une chaîne d’énergie électromécanique
Mettre en œuvre des mesures pour préciser les caractéristiques
En associant la technologie Freeplay de charge manuelle très efficace et fiable avec la longévité de ses puissantes diodes
électroluminescentes (LED), cette torche procure un moyen d'éclairage exceptionnel et de longue durée de vie. Il s'y ajoute la
tranquillité d'esprit pour n'avoir à remplacer ni piles ni ampoules.
Conçu comme un outil de qualité, le système de charge manuelle répond aux situations où vous ne pouvez pas vous permettre
de rester dans le noir avec des piles déchargées. En 30 secondes et quelques tours de manivelle, vous obtenez environ 20
minutes d'éclairage normal. Et vous pouvez charger la torche à tout instant pour en prolonger l'éclairage sans limite. Un témoin
de charge optimale à LED vous indique la vitesse de rotation idéale.
A pleine charge, la lampe-torche vous assure 3 heures et 20 min. d'éclairage surpuissant et 20 heures d'éclairage normal grâce à
son pavé de 7 diodes électroluminescentes (LED) ultra-brillantes. Sa mécanique interne, qui s’expose à travers la coque
transparente, respecte des normes industrielles sévères pour un usage répété et une longue durée de vie.
1.
Analyse structurelle
Q1 Observer le système démonté et compléter la première ligne du document réponse ap4_DR1_AS. Préciser par une flèche le lien
entre la photo du constituant et la fonction étudiée.
2.
Fonction TRANSMETTRE
Q2 Décrire la solution technologique utilisée pour transmettre l’énergie mécanique au convertisseur électrique. Etablir le schéma
cinématique.
Q3 Déterminer par une mesure à l’oscilloscope l’ordre de grandeur du rapport de vitesse k = géné / manivelle.
Q4 Vérifier par une mesure des diamètres primitifs des roues dentées la valeur précédente.
Q5 Proposer deux expressions littérales (une en translation, une en rotation) permettant d’exprimer la puissance d’entraînement
de la manivelle et à partir d’un croquis situer les grandeurs mécaniques sur la manivelle. (Consulter le document ressource :
fo_puissance_énergie).
3.
Fonction CONVERTIR
Q6 Observer le convertisseur électromécanique et préciser la particularité de son rotor.
Q7 Proposer parmi les structures classiques (Machine à courant continu ; asynchrone, synchrone) une technologie de ce
convertisseur en justifiant votre choix.
Q8 Relever à l’oscilloscope les tensions de sortie du convertisseur, noter la fréquence et l’amplitude du signal pour une vitesse de
manivelle de 2 tours par seconde.
Q9 Compléter le document réponse ap4_DR2_SE pour la fonction CONVERTIR.
Q10 Observer et commenter l’influence de la vitesse de la manivelle sur les tensions de sortie.
4.
Fonction MODULER
Q11 Situer la structure utilisée sur la lampe Sherpa pour changer la forme des signaux électriques issus du générateur.
Q12 Donner le nom et préciser l’intérêt de cette structure.
Q13 Relever à l’oscilloscope la tension de sortie du modulateur, caractériser ce signal pour une vitesse de manivelle de 2 tours par
seconde.
Q14 Compléter le document réponse ap4_DR2_SE pour la fonction MODULER.
Q15 Quelles sont les influences de la vitesse de la manivelle sur cette tension ?
5.
Fonction STOCKER
(consulter les documents Système SHERPA et le cours sur les batteries)
Q16 Vocabulaire : Préciser le sens des mots « Pile, Accumulateur, Batterie ».
Q17 Technologie :
 Indiquer quelle technologie de stockage est utilisée dans la lampe Sherpa.
 Indiquer comment sont câblés les accumulateurs qui constituent la batterie.
Consulter les caractéristiques de l’accumulateur DC1500 NiMh
B. Aublin / D. Guérin
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 Relever la capacité et donner la valeur totale de l’énergie stockée en joules dans la batterie de la lampe Sherpa.
 Quelle est la tension nominale de la batterie d’accumulateurs de la lampe Sherpa.
 Que signifie le paramètre C (0.5C, 0.2C, etc) sur les courbes de décharge de l’accumulateur DC1500
 Comparer l’énergie stockée disponible à 0,2C et 2C.
 Conclure sur la quantité d’énergie disponible
Q18 Compléter le document réponse ap4_DR2_SE pour la fonction STOCKER.
Q19 Analyser la « courbe de charge », et proposer une solution pour détecter la fin de la charge sur une batterie Ni-Mh.
6.
CARACTERISATION de l’énergie
Q20 Observer la nature (mécanique, électrique monophasée, triphasée, continue) des différentes grandeurs électriques à l’aide
d’un oscilloscope.
Q21 Préciser dans le document réponse ap4_DR1_AS la nature de l’énergie en entrée et en sortie de chaque constituant.
7.
CARACTERISATION de la puissance
Q22 Compléter le document réponse ap4_DR3_CE en exprimant littéralement la puissance entre chaque constituant (consulter le
document de cours fo_puissance_énergie).
Q23 Compléter le tableau en précisant quelle est la variable de potentiel et de flux en sortie de chaque constituant.
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ap4_DR2_SE
Fonction :
CONVERTIR
MODULER
Schéma Electrique
STOCKER
Nom du constituant
Caractéristiques
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CONVERTIR
ap4_DR3_CE Chaîne d’énergie
Fonction :
Variable de flux en
sortie
Variable potentiel
en sortie
TRANSMETTRE
CONVERTIR
MODULER
courant électrique en A
tension triphasée en V
La puissance est toujours le produit de deux variables, potentiel et flux.
Variables de flux : Courant électrique en Ampère, Force en Newton, Couple en Newton–mètre, débit en m3/s
Variable potentiel : Tension en Volt, Pression en Pascal, Vitesse angulaire en radians/s, Vitesse linéaire en m/s
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STOCKER
CONVERTIR