Lecture d'un schéma de chaîne d'énergie de classe de Seconde

1ère Technologique · Mathématiques STI2D 1ère

À retenir

• Un schéma de chaîne d'énergie est une suite de blocs : une source, des convertisseurs, des transmetteurs. • Les flèches du bas marquent les pertes : effet Joule, frottements, glissement, pertes de fer. • Un convertisseur change la nature de l'énergie ; un transmetteur conserve la nature et modifie la répartition. • P = U I est la puissance absorbée, jamais la puissance utile à l'arbre.

Le cours

1. Ce que montre un schéma de chaîne d'énergie Un schéma de chaîne d'énergie est une suite de blocs reliés par des flèches. Chaque bloc reçoit une grandeur dans une forme d'énergie et en restitue une autre ; les flèches du bas signalent les pertes dissipées. Pour chaque bloc, la grille de lecture est toujours la même. Bloc Nature du bloc Entrée et sortie Réseau 230 V source énergie électrique Moteur à courant continu convertisseur électrique vers rotation Réducteur à engrenages transmetteur rotation, couple multiplié Courroie de transmission transmetteur rotation, vitesse modifiée 2. Exemple de chaîne : du réseau à l'arbre utile Le schéma du module d'entraînement relie quatre blocs. Les étiquettes au-dessus des blocs donnent la forme d'énergie qui circule, les flèches orange sous les blocs donnent les pertes. Rien n'est indiqué sur la sortie finale : c'est l'arbre, qui transmet le mouvement à la machine. Chaîne d'énergie d'un module d'entraînement Réseau électrique 230 V U, I pertes de ligne Moteur à courant continu rotation Joule aimant Réducteur à engrenages rotation frottement Courroie de transmission rotation glissement Arbre Chaque bloc convertit l'énergie ; les flèches orange marquent les pertes. 3. Méthode de lecture en quatre questions • Par où entre l'énergie ? Le premier bloc est la source : ici le réseau électrique 230 V. • Quels sont les convertisseurs ? Le moteur change la nature de l'énergie ; le réducteur et la courroie ne font que transmettre le mouvement. • Où se perd de l'énergie ? Sous chaque bloc : effet Joule dans le moteur, frottements dans le réducteur, glissement sur la courroie. • Quelle est la grandeur utile ? Celle de sortie de chaîne, ici le couple et la vitesse de rotation à l'arbre de la machine. • Une grandeur manquante sur le schéma se retrouve avec la relation du bloc concerné, et non par estimation. 4. Piège : confondre l'utile et l'absorbé La puissance lue sur le compteur, P = U I, est la puissance absorbée par le moteur. Ce n'est pas la puissance mécanique disponible à l'arbre : une partie est dissipée en chaleur dans les pertes Joule, dans les pertes de fer et dans les frottements. Pour chaque bloc, P_absorbée = P_utile + P_pertes : la puissance utile est toujours plus petite que la puissance absorbée. Autre piège de lecture : un bloc qui conserve la nature de l'énergie, comme un réducteur, change la répartition entre couple et vitesse, pas la quantité d'énergie : on peut le lire comme un multiplicateur de couple et un diviseur de vitesse de même valeur.

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