sujet trottinette pratique

Essai de système Technicien Supérieur Electrotechnique 1ère année
Titre : système embarqué – étude de la motorisation
Système : trottinette électrique.
Lieu d’activité : Laboratoire d’essais des systèmes.
Temps prévu : 2 Heures
Nom :………………………………
Temps passé :
Prénom :………………………………
……….
Objectif de la séance : Vérifier les caractéristiques du système embarqué
« TROTINETTE ELECTRIQUE / PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUE »
Fonction 5: Essai - Mise en service - Contrôle
T5.3 : Réaliser les essais et les mesures nécessaires à la qualification d’un équipement.
C01 Analyser un dossier
C04 Rédiger un document de synthèse
C06 Respecter une procédure
C17 Mettre en œuvre des moyens de mesurage
C18 Interpréter des indicateurs, des résultats de mesure et d'essais
C19 Identifier les paramètres de réglage
C20 Régler les paramètres
Données
Dossier technique de réalisation
Manuels techniques des constructeurs
Indicateurs de performance
Les règles de sécurité sont respectées
Les mesures sont judicieuses et adaptées
Les réglages effectués corrigent les non conformités
Résumé : Ce système permet d’aborder certaines notions d’échange énergie, de pertes,
de dimensionnement de la motorisation.
Cheminement de l’étude :
Analyse du système à partir de la documentation fournie.
Relever les dimensions électrique et mécanique de cette trottinette électrique.
Mesure de la puissance consommée par le système.
Relevé de l’évolution de l’effort sur la roue motrice.
Etude du convertisseur associé à la motorisation.
Essai de système Technicien Supérieur Electrotechnique 1ère année
Système : trottinette électrique
1. LE SYSTEME
Le système est constitué d’un véhicule électrique (trottinette) à motorisation continu dont la
fonction est d’assurer confortablement le déplacement d’un enfant de six à douze ans.
L’énergie nécessaire au déplacement du véhicule est fournie par deux batteries
d’accumulateurs au plomb et est modulée par un convertisseur « DC – DC » afin d’assurer un
déplacement à vitesse variable.
La recharge en énergie des batteries est réalisée par une source solaire constituée de deux
panneaux photovoltaïques via un régulateur assurant la protection des batteries.
Pour des raisons de sécurité et de commodité de mesures, la charge sera simulée par un
réglage de la force s’exerçant sur la roue motrice arrière de la trottinette dont l’intensité sera
donnée par une jauge de contrainte extensométrique.
Le Véhicule
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Système : trottinette électrique
Vue éclatée
La motorisation
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Système : trottinette électrique
ETUDE ENERGETIQUE.
La distribution d’énergie réclamée par notre système est représentée par le synoptique cidessous.
Trottinette
Panneaux
solaires
photovoltaïques
Régulateur
Convertisseur
DC - DC
Motorisation
Charge
Batteries
2. ETUDE GENERALE DE LA TROTTINETTE ELECTRIQUE
2.1 justification des énergies rencontrer sur le système (C01 - C04)
-
Citer les différents types d’énergie que l’on rencontre dans le système.
Citer les différentes transformations d’énergie effectuées dans le système et préciser
par quel organe elles sont effectuées. On expliquera succinctement les lois et principes
physiques mis en œuvre dans ces organes.
Etude énergétique du véhicule.
2.2 Etude de la partie mécanique. (C06 – C17- C18 – C19)
La charge du moteur de la trottinette est constituée d’un réducteur à courroie crantée et de la
partie mécanique du véhicule chargée par l’enfant. La roue avant de la trottinette est bridée
sur un socle et la roue arrière en polypropylène repose sur deux rouleaux en aluminium
montés sur deux axes fixés au socle. Un système vis-écrou appuyant sur l’arbre de la roue
arrière permet de simuler la charge de l’enfant sur la trottinette.
Une jauge de contrainte permet de mesurer l’effort exercé sur l’arbre moteur du véhicule.
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Système : trottinette électrique
2.2.A Etude du réducteur à courroie.
Roue motrice
arrière
Le réducteurLe réducteur
à courroie crantée
à courroie crantée
Moteur
Pignon
secondaire
Pignon
primaire
2.2.A.1> Mesurer au pied à coulisse les diamètres :
du pignon primaire : Dp
du pignon secondaire : Ds
de la roue : Dr
Ωm
Ωr
Notations : Ωm vitesse de rotation du moteur et Ωr vitesse de rotation de la roue.
2.2.A.2> Calculer le rapport de transmission du réducteur : r =
2.2A.3> Pour quelle raison peut-on admettre que le rendement du réducteur ηr est unitaire ?
2.2.B Etude de la charge.
2.2.B.1> Pour une vitesse V de déplacement fictif du véhicule, exprimer la puissance
mécanique Pm réclamée par la charge de masse totale Mt.
Notations : on appelle M0 la masse du véhicule et Me la masse de l’enfant, on suppose que
ces masses reposent sur l’essieu arrière.
2δ
Rappel : la force de résistance au roulement FR =
.FN où FN représente la réaction du
Dr
support au point d’appui, δ le coefficient de résistance au roulement exprimé en
mm (pour notre cas δ = 2 mm).
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Système : trottinette électrique
2.2.B.2> Calculer cette puissance dans les deux cas suivants :
a – le véhicule étant à vide M0 = 8 kg à la vitesse de 14 km/h
b – le véhicule étant en charge Mt = 30 kg à la vitesse de 12 km/heure.
2.2.B.3> Pour chacun des deux cas ci-dessus, calculer la puissance utile Pum du moteur et
le couple Tum qu’il doit développer sur l’arbre de la roue arrière.
2.3 Etude de la partie électrique. (C06 – C17- C18 – C19)
2.3.A Etude du convertisseur.
Le schéma structurel du convertisseur continu-continu est donné en annexe 1.
2.3.A.1> Effectuer le schéma de principe de la partie puissance de ce convertisseur,
on y fera figurer les sources d’entrée et de sortie. Justifier la structure de ce
convertisseur DC-DC à partir de la nature des sources.
2.3.A.2> Relever et tracer la caractéristique de transfert en tension Vs = f(Ve) du convertisseur
à vide. Justifier cette caractéristique.
2.3.A.3> Déterminer le rendement du convertisseur dans les quatre cas suivants :
Pour un débit de 2 A et deux tensions de consigne vC égale 2,5V et 5V
Pour un fonctionnement du véhicule à vide et deux de consigne vC égale 2,5V et 5V.
2.3.A.4> Relever et analyser les caractéristiques électriques d’entrée [ve(t) , ie(t)] et
de sortie [vm(t) , im(t)] pour un courant de sortie Im= 2A et une tension de consigne vC = 2,5V.
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Système : trottinette électrique
Annexe : schéma structurel du convertisseur.
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Système : trottinette électrique
2.3.B Etude du moteur.
Les caractéristiques « constructeur » du moteur sont :
Type MY6812 : machine à courant continu à aimants permanents
Un = 24 V
Pn = 100 W
Diamètre = 7 cm
Longueur = 10 cm (12 cm avec arbre)
Masse = 1,08 kg
2.3.B.1> Que peut-on dire du flux d’induction magnétique de la machine ?
2.3.B.2> Etablir son bilan de puissance.
2.3.B.3> Mesurer la résistance Ra d’induit de la machine.
2.3.B.4> Déduire des relevés effectués en 2.3.A.4 la constante de couple k (en Nm) de la
machine à courant continu.
2.3.B.5> Effectuer l’essai à vide du moteur sous tension nominale pour en déduire ses pertes
collectives. (On les supposera constantes dans les calculs ultérieurs)
2.3.B.6> Exprimer le couple du moteur électromagnétique Tem du moteur en fonction de sa
vitesse Ωm en prenant la tension Um comme paramètre. Tracer la caractéristique mécanique
Tum = f(Ωm) du moteur pour deux tensions d’alimentation Um = Un et Um = Un/2 .
2.3.B.7> Sur le même graphe tracer les caractéristiques de charge Tch du moteur lorsque la
trottinette est à vide (M=M0) et lorsqu’elle est en pleine charge (M=Mt). En déduire les
quatre points de fonctionnement du système en régime permanent.
M = M0
Im=0,75 A
M = Mt
Im=3 A
Tension de
consigne
vc = 2,5 V
vc = 5 V
Tum
(Nm)
Ωm
(rad/s)
vc = 2,5 V
vc = 5 V
2.3.B.8> Exprimer le rendement du moteur en fonction de sa puissance absorbée :
ηm = f(Pam)
Tracer cette caractéristique pour un courant variable ( 0,7 A<Im<3 A) absorbé
par le moteur.
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