Travail demandé :

Activité 1 : Étude mécanique mettant en évidence la réversibilité

A partir du document ressource « Notion de travail et de puissance » :

1. Dans le cas de l’exemple 1 (montée de la charge) :

2. Même question dans le cas de l’exemple 2 (descente de la charge).

3. Que signifie le signe de ces puissances ?

Activité 2 : Étude énergétique pratique du pilote : mise en évidence des sens de transfert d’énergie en régime établi

Le travail d’étude pratique nécessite souvent la mesure simultanée de plusieurs grandeurs. En conséquence, il est souhaitable (plus aisé) de faire le TP en binôme et de se partager le travail lors des mesures.

Fonctionnement du pilote à vide (sans masse levée) :

Connecter un voltmètre et un ampèremètre numérique (ou une sonde ampèremétrique à effet Hall) sur le moteur du pilote de façon à obtenir une tension positive et un courant positif lors de la rentrée de la tige.

4. Mesurer la tension et le courant dans le moteur du pilote lors de la rentrée de la tige dans un premier temps, puis lors de sa sortie.

Calculer dans chaque cas la puissance électrique consommée par le moteur (faire attention au signe des paramètres mesurés). Celle-ci est-elle positive ou négative ?

Dans quel sens le transfert d’énergie s’effectue-t-il (de l’alimentation vers la masse ou de la masse vers l’alimentation) ?

Fonctionnement du pilote en charge :

Ne pas débrancher les instruments de mesure, ils seront encore nécessaires.

Attacher au bout du câble une masse de 40 kg qui sera levée par le pilote. On rappelle que le plateau au bout du câble à une masse de 2,4 kg. Pour faciliter l’étude, le câble doit être tendu très rapidement, voire en permanence.

5. Mesurer la vitesse de translation de la tige, la tension et le courant dans le moteur du pilote lors de la montée de la masse dans un premier temps, puis lors de sa descente.

Calculer dans chaque cas la puissance électrique consommée par le moteur (faire attention au signe des paramètres mesurés), et la puissance mécanique nécessaire à lever la masse (ou à la descendre). Celles-ci sont-elles positives ou négatives ?

Dans quel sens le transfert d’énergie s’effectue-t-il (de l’alimentation vers la masse ou de la masse vers l’alimentation) ? Détailler votre réponse.

Comparer la tension aux bornes du moteur avec la tension d’alimentation.

6. Que constate-t-on quant au signe du courant dans le moteur pour ses deux sens de rotation ?

Connecter un voltmètre et un ampèremètre sur l’alimentation électrique du pilote de façon à obtenir une indication positive pour la rentrée de la tige.

7. Avec la même masse levée que pour les questions précédentes, mesurer la tension et le courant d’alimentation du pilote pendant la rentrée puis la sortie de la tige. Calculer la puissance consommée par le pilote dans les deux sens de translation de la tige et la comparer aux puissances mesurées précédemment. Le pilote complet est-il réversible ?

8. Rentrer la tige du pilote au maximum, en charge, puis ne plus toucher au pilote (ne plus commander ni la rentrée de la tige ni sa sortie). Qu’observe-t-on ?

Mesurer la tension aux bornes du moteur et le courant dans celui-ci, ainsi que la vitesse de la tige. Quelle conclusion peut-on tirer de ces résultats quant au branchement du moteur ? Calculer la puissance électrique consommée par le moteur et celle appliquée à la charge.

9. Déduire des résultats précédents quelles sont, dans la chaîne d’énergie, les fonctions réversibles ou irréversibles.

(entourer la bonne proposition)

Essai du pilote en charge en mode AUTO.

10. Rentrer la tige du pilote à mi course, puis appuyer sur le bouton STBY/AUTO. Le pilote est donc censé maintenir le cap constant, mais la charge est entraînante. Décrire le comportement du pilote. Pendant combien de temps cela dure-t-il ?

11. Plusieurs types de pilotes sont commercialisés par la même société et entre autres le pilote TP 10 qui est équipé d’une vis à filet trapézoïdal non réversible. Quelle conséquence ce choix a-t-il sur la consommation de l’appareil sous charge ? Entre les deux pilotes cités, lequel est le plus économique en énergie ?

La suite de ce TP peut constituer à elle seule un TP complet. Elle nécessite un matériel de mesure particulier, et le niveau de compétences demandé est probablement supérieur à celui d’un élève de terminale S SI.

Il faut un oscilloscope à mémoire, équipé d’une sortie de communication avec un ordinateur et un logiciel de communication capable de transcrire les mesures dans un format compatible avec un tableur. Une sonde de courant à effet Hall pour oscilloscope est également nécessaire, avec si possible un calibre 0,1 V/A.

Les mesures suivantes ont été réalisées à l’aide d’un système générant des fichiers .CSV, reconnus par excel comme données externes. Des calculs sont alors possibles directement sur les mesures.

12. Connecter l’oscilloscope à mémoire sur le moteur, et à l’aide des instruments adéquats enregistrer les oscillogrammes de la tension aux bornes du moteur sur une voie et le courant moteur sur l’autre voie. Réaliser la mesure sur un cycle rentrée / sortie complet de la tige du pilote.

13. Indiquer sur l’oscillogramme obtenu, quelles sont les différentes phases de fonctionnement en régime établi du pilote et de son moteur. On peut obtenir jusqu’à 9 phases de fonctionnement distinctes.

14. Écrire l’équation de la FEM E en fonction de (U, I, R), qui décrit le fonctionnement du moteur à courant continu avec U = tension aux bornes du moteur, I = courant dans le moteur et R = résistance d’induit.

15. Importer dans le tableur la mesure faite à l’oscilloscope.

16. On donne R ≈ 0,8 Ohms. Pour chaque point de mesure enregistré, calculer la valeur de la FEM E du moteur (On néglige l’influence de l’inductance de l’induit).

17. Sur une feuille à part, faire tracer la courbe E en fonction de I par le tableur.

18. Indiquer sur le graphe obtenu ci-dessus où sont situés les points de fonctionnement du moteur décrits à la question 13.

Activité 3

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