Chaîne d’énergie TCT

I. Nature de l’énergie :
Pour réaliser une action, la majorité des systèmes utilisent de l’énergie électrique (qui est très répandue)
Ou de l’énergie pneumatique (sous forme d’air comprimé utilisé dans les systèmes industriels).

1°) L’énergie pneumatique : se caractérise par deux grandeurs ;
 Le débit noté Q et exprimé en m3/s
 La Pression notée P et exprimée en Pascal (Pa), ou en Bar (bar). C’est une force appliquée sur une

P= F
Force en Newton: N
surface;
S 2
Surface ( m )
N
Avec 1 Pa = 1 N/m² et 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa = 1 daN/cm²

La puissance pneumatique (Ppneu) s’exprime en Watt (W): P pneu = Q x P
Watt m3/s Pascal
2°) L’énergie électrique : se caractérise par deux grandeurs ;
 La Tension notée U et exprimée en Volt (V)
 L’intensité notée I et exprimée en Ampère (A)

La puissance électrique (Pélec) s’exprime en Watt (W) : P élec = U x I
Watt Volt Ampère
3°) L’énergie mécanique :
a) L’ ENERGIE MECANIQUE DE TRANSLATION : se caractérise par deux grandeurs ;
 La vitesse de translation notée V et exprimée en mètres par seconde (m/s)
 La force motrice du déplacement notée F et exprimée en Newtons (N)

La puissance mécanique de translation (Pméca) s’exprime en Watt (W) : P m éca = F x V
Watt Newton m/s
b) L’ ENERGIE MECANIQUE DE ROTATION : se caractérise par deux grandeurs :
2.π.N Vitesse de rotation
 La vitesse de rotation notée ω et exprimée en radians par seconde (rd/s) ; ω = en tr/min
60
 Le couple moteur de la rotation notée C et exprimée en Newtons×mètres (N.m)

La puissance mécanique de rotation (Pméca) s’exprime en Watt (W) : P m éca = C x ω
Watt N. m rd/s

Remarque : Il existe d’autres types d’énergie ; l’énergie hydraulique sous forme d’huile comprimé ;
l’énergie calorifique sous forme de chaleur

RENDEMENT :

Lors de la transformation de l’énergie (d’une forme à une autre) on aura toujours des pertes d’énergie
Ainsi un élément qui absorbe une puissance Pe à son entrée et fournit une Puissance de sortie Ps
a un rendement η = Ps (η < 1 car Pe = Ps + Pertes)
PE
Energie de sortie (Ps)
Energie d’entrée (Pe) Transformer
l’énergie Pertes d énergies

Elément
Pour assurer des fonctions de service, beaucoup de produits utilisent une chaîne d’énergie qui apporte la quantité et
La forme d’énergie au bon moment pour réaliser l’action désirée

Type d’énergie Energie électrique Energie distribuée Energie mécanique Energie disponible
Ou pneumatique pour réaliser l’action

Présence d’ordre


ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE

Chaîne d’énergie

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II. LA FONCTION ALIMENTER :
1°) Alimenter un produit en énergie électrique :

 À l’aide des « prises de courant » raccordées par
des conducteurs au réseau d’alimentation en courant alternatif
Les sources principales d’énergie électrique sont des centrales qui utilisent:
• L’énergie hydraulique de l’eau des barrages
• L’énergie Thermique classique: combustion de fuel, de charbon Raccordement au secteur
• L’énergie thermique nucléaire : Fission de l’uranium 235
• L’énergie éolienne : exploitation de la force du vent
Pour produire de l’énergie électrique, une turbine (une hélice) est entraînée en rotation par un débit d’eau
(dans une centrale hydraulique), de la vapeur (dans une centrale thermique) ou du vent (dans une centrale
éolienne), entraîne en rotation un alternateur qui produit l’électricité.
A la sortie des centrales des transformateurs élèvent la tension pour transporter l’énergie électrique
A l’approche du point de consommation l’énergie électrique est abaissée et distribuée sous forme d’un
réseau (triphasé + Neutre: pour application industrielle. Phase + Neutre: pour application domestique)

Ph1
Ph2 380v

Ph3 380v 380v 220v
220v
220v
N
Réseau triphasé




Centrale hydraulique




Centrale thermique




Centrale thermique nucléaire

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 À l’aide d’alimentation autonome qui stocke l’énergie électrique dans :
 Des piles : non rechargeables
 Des batteries ou piles rechargeable plus économiques
que les piles puisqu’ils sont rechargeables
 À l’aide d’alimentation locale Pile non rechargeable
Des cellules photovoltaïques qui assurent la recharge
Pile rechargeable
des batteries pour alimenter des produit a faible consommation.
Batterie d’automobile
Une éolienne de petite puissance peut constituée une alimentation autonome
Hélice
Multiplicateur

Alternateur
Cellules photovoltaïques

Eclairage
Éolienne



Régulateur
Électroménager



Onduleur



Batteries


Exemple d’alimentation locale

2°) Alimenter un produit en énergie pneumatique :

 À l’aide d’un compresseur d’air + réservoir d’air, un ensemble de conditionnement
et un réseau d’alimentation pour acheminer l’air sous pression aux systèmes
Le MANO-REGULATEUR permet de régler la pression
Contrôle des seuils
de pression Ordre de m arche Le FILTRE élimine Ensemble de conditionnement
les impuretés
Air am biant Air com prim é
p = p atm Transformer p > p atm Le LUBRIFICATEUR
et stocker Pulvérise des gouttes
d’huile pour graisser les
éléments mobiles
Compresseur d’air
+ Réservoir d’air



Symbole :



Source d’énergie pneumatique




Production de l’énergie Pneumatique
Production de l’énergie pneumatique
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III. LA FONCTION CONVERTIR :
1°) Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique :
Energie m écanique
Energie de rotation
Électrique Convertir l’énergie
électrique en énergie (C , ω )
(I , U )
mécanique de rotation P ertes (chaleur)


Moteur électrique
a) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU
Il transforme l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique de rotation

Symbole :
M

Moteur à courant continu Moteur à courant continu

b) MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF
Il transforme l’énergie électrique alternative en énergie mécanique de rotation

Symbole :

M
∼
Moteur alternatif triphasé Moteur alternatif monophasé
(Utilisé dans le domaine industriel) (Très utilisé dans les appareils domestiques)Moteur à courant alternatif
c) MOTEUR PAS A PAS :

Il est très utilisé dans les appareils électroniques :
imprimantes ; photocopieuse ; scanner . . .

Symbole :

M

Moteur pas à pas
Moteur pas à pas




Structure d’un moteur à courant continu
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2°) Convertir l’énergie pneumatique en énergie mécanique :

a) VERIN PNEUMATIQUE
Energie m écanique de
Energie translation
pneum atique Convertir l’énergie
pneumatique en énergie (F, V)
(P , Q )
mécanique de P ertes (chaleur)
translation

Vérin pneumatique
On distingue principalement deux types de vérin : Double effet et simple effet

a- 1 ) VERIN DOUBLE EFFET
Dans un vérin double effet; l'air comprimé alimente les deux chambres alternativement.

Un système que nous étudieront ultérieurement permet de vider une chambre pendant que l'autre se remplit.
Orifice arrière


Orifice arrière
Orifice avant
Tige
M ini vérin

P iston
Orifice arrière


Piston
Corps
Orifice avant
Vérin standard

Tige



Symbole :


Cham bre avant Cham bre arrière


Fonctionnement

Cham bre arrière reliée à Cham bre avant reliée à la
l’échappem ent source de pression


Cham bre avant reliée à Cham bre arrière reliée à
la source de pression l’échappem ent




Pour rentrer la tige Pour sortir la tige




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Un vérin double effet produit un effort dans les deux sens (sortie de la tige et rentrée de la tige).

Relation effort- pression
Chambre arrière reliée Chambre avant reliée
Chambre arrière reliée Chambre avant reliée
à l’échappem ent à la source de pression
à la source de pression à l’échappem ent



Force de poussée Force de traction
(Fpoussée) (Ftraction)




Diamètre Dpiston Diamètre Dpiston Diamètre dtige
Surfaces utiles du piston subissant la pression
sont différentes côté avant et côté arrière


Surface utile arrière Sarrière Surface utile avant Savant
Sarrière = π . R2 = π . D2/4 Savant = π . ( R2 - r2 ) = π . (D2 - d2 ) /4
Fpoussée = P . Sarrière Ftraction = P . Savant

F : effort de la tige en Newton (N).
P : pression du fluide en Pascal (Pa). 1 bar = 1.10 +5 Pa

S : surface utile du piston (m2)

a- 2) VERIN SIMPLE EFFET

Dans un vérin simple effet l'air comprimé alimente seulement une chambre et produit une force dans un
seul sens. Le retour en position initiale s'effectue sous l'action d'un ressort.

Symbole




Orifice
Vérin simple effet Tige sortante
R essort de rappel

Piston

Vérin simple effet Tige rentrante


Cham bre avant Cham bre arrière
Fonctionnement

Chambre arrière reliée Chambre arrière reliée
à la source de pression à l’échappem ent

Retour sans force
Force de pousseé
Sous l’action du ressort
(Fpoussée)




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Structure d’un vérin simple effet et double effet

b) VERIN ROTATIF
Energie m écanique
Energie de rotation
pneum atique Convertir l’énergie
(C, ωs)
(p, q) pneumatique en énergie
mécanique de rotation
P ertes (chaleur)
Vérin rotatif

Vérin rotatif
Symbole :




P erceuse : visseuse - dévisseuse
Utilisant un Vérin rotatif
Moteur pneumatique




Alimentation en Vers l’échappement
air comprimé


Principe d’un vérin rotatif

C) GENERATEUR DE VIDE :
Energie
Energie pneum atique
pneum atique Convertir l’énergie
(p, q)
pneumatique (p>patm) en
(p, q)
énergie pneumatique (p<patm) P ertes (chaleur)


Générateur de vide

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Principe effet Venturi
L’air c