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TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
Zones de « mauvais » ensoleillement : 1 KWh/m²/jour en hiver
Zones de « bon » ensoleillement :5,4 KWh/m²/jour en été
Problématique :En cas d’absence totale de soleil, combien de jours le portail peut-il fonctionner ?
2
Environnement
MatérielOuvre-portail
Ordinateur
Documentaire Dossier technique du système
Logiciel Matlab
Compétences visées
CO8.
- Renseigner un logiciel de simulation du comportement énergétique
- Interpréter les résultats d’une simulation
Prérequis
- Energie, puissance (moyenne et instantanée) , rendement
- TP sur le rendement énergétique du portail (OP W1 incluant le relevé oscillo)
- Avoir déjà pris en main Matlab
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
Courbe I(t) relevée à l’oscilloscope
pendant l’ouverture
1 42 3
1. Appel de courant au démarrage + rattrapage des jeux2. Phase de fonctionnement à vitesse constante3. Phase d’approche à vitesse lente 4. Phase de verrouillage (écrasement des butées)
L’autonomie dépend
principalement du courant consommé
par le moteur
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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Imoyen = 1,6 A
Modèle n°1 : décharge à courant et
tension constants
Détermination de l’autonomie:
Par le calcul
Courbe I(t) du modèle Matlab-Simulink
Modèle n°2 : influence des
variations du courant et de la tension
U = 12V
U = 12V U = 5VI(t) Détermination de
l’autonomie:
Par la simulation
I (t)
t
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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U = 12V U = 5V
Unominale = 12V Qnominale = 10Ah Q=I*t t = Q/I = 10/1.6 = 6.25h
t80% = 6.25*0.8 = 5 h
On suppose 20 cycles par jour:
5*3600 / (20cycles*20s*2) = 22,5 jours
Résultat modèle 1 :
Autonomie calculée = 5 h
= 22,5 jours
Résultat modèle 1 :
Autonomie calculée = 5 h
= 22,5 jours
Modèle n°1 : décharge à courant et
tension constants
Détermination de l’autonomie:
Par le calcul
U = 12V
Imoyen = 1,6 A
I (t)
t
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
Courbe I(t) du modèle Matlab-Simulink Modèle n°2 :
influence des variations du courant et
de la tension
Simulation
U = 12V U = 5VI(t)
1. Calculer la quantité d’énergie
disponible dans chaque batterie
2. Evaluer avec Matlab la quantité d’énergie absorbée pendant un cycle
d’ouverture
3. En déduire le nombre de cycles d’ouverture-
fermeture possibles, puis l’autonomie en h et jours
Démarche
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
1. Calculer la quantité d’énergie
disponible dans chaque batterie
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
1. Calculer la quantité d’énergie
disponible dans chaque batterie
W batterie dispo = U *Q* 80%
= 12 . 10. 3600 . 0,8
= 345 600 J
U nominale = 12V Qnominale = 10Ah
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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2. Evaluer avec Matlab la quantité d’énergie absorbée
pendant un cycle d’ouverture
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Le modèle Matlab-Simulink
Batterie + Relais + hacheur
MoteurMoteur RéducteurRéducteur Manivelle-bielle
Manivelle-bielle
VantailVantail
UmoteurCvantail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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Objectif: visualiser Wmoteur
Le débit d’énergie n’est pas constant W(t)= P(t)dt
Entourer les variables à utiliser pour
visualiser l’énergie Wmoteur
Intérieur du bloc moteur CC
U i
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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(A partir des deux grandeurs U et I)Comment visualiser Wmoteur = Umoteur * I?
Réponse:1.Multiplier U et I2.Intégrer ce produit3.Insérer un « scope » pour visualiser le résultat
U
I
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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Résultats de la simulation
375J
Energie fournie par batterie pour un cycle :
Nombre de cycles possibles : Wbatt dispo / W1cycle = 345600/750 = 460,8cycles
Nombre de jours de fonctionnement : 460,8/20 ≈ 23 jours
Exploitation
Résultat modèle 2 :
Autonomie simulée = 23 jours
Résultat modèle 2 :
Autonomie simulée = 23 jours
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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Conclusions
•Les résultats issus des deux modèles sont très proches.
•Les différents pics de courant et variations de tension n’ont qu’une influence minime sur la consommation globale du moteur.
•Le modèle n°1 suffit ici pour estimer la consommation énergétique du moteur avec une précision convenable.
•Le feu clignotant a été négligé (environ 8% du total)•la consommation du système en veille a été négligée•De plus la batterie se décharge aussi « à vide »•Enfin, le couple résistant a été fixé à 25 N.m, mais cette valeur moyenne peut être plus importante si le portail est lourd et les gonds mal graissés.
Commenter et expliquer l’écart entre les résultats des deux modèles.
Limites des modèles précédents
•IL FAUDRAIT LES CONFRONTER A L’EXPERIENCE : quel protocole?
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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Pour aller plus loin
Batterie + Relais + hacheur
Moteur
m=0,6
Moteur
m=0,6
Réducteur
r=0,24
Réducteur
r=0,24
Manivelle-bielle
Manivelle-bielle
VantailVantail
Graissage et réglage correct des gonds : on limite le couple résistant
Pas de grande marge de manœuvre
« mauvais » rendement du double système roue-vis (environ 24%) Etudier une solution « alternative »
Choisir un moteur avec un meilleur rendement?
Le choix de la batterie est primordial : type, capacité…
L’électronique de gestion aussi…
Quels sont les différents paramètres sur lesquels ont peut agir pour améliorer l’autonomie du portail ?
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
L’influence des paramètres précédents sur la consommation peut être visualisée facilement grâce au modèle Matlab-SimulinkAvec un réducteur dont le rendement vaudrait 40% au lieu de 24%
Avec un réducteur dont le rendement vaudrait 40% au lieu de 24%
Si le couple résistant sur le vantail vaut 35 N.m au lieu de 25 N.mSi le couple résistant sur le vantail vaut 35 N.m au lieu de 25 N.m
270 J32 jours d’autonomie
460 J19 jours d’autonomie
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
Pour finirL’autonomie en cas d’absence de soleil est-elle suffisante?
•Les calculs ont été faits avec une hypothèse de 20 cycles « ouverture-fermeture » par jour. Or le produit est vendu pour 10 cycles par jour.
•Donc en cas d’absence de rechargement, selon l’utilisation, l’autonomie se situerait entre 20 et 40 jours
•Toutefois, l’autonomie ne cessera de décroître tout au long du cycle de vie de la batterie, qui perd ses capacités de charge.
•Pour les zones à faible ensoleillement, un chargeur de batteries peut s’avérer bien utile. C’est le cas de nos laboratoires…
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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FIN
TP EE: Autonomie énergétiquede l’ouvre portail
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W1 = 12*1,1*2 = 26,4 J
W2 = 12*1,7*15,8 = 322,3 J
Calcul de l’énergie consommée par approximationWi = U*I*t
W3 = 5*2,5*2,2 = 27,5 J
U=12 VI = 1,1 A
U=12 VI = 1,7 A
U=5 VI = 2,5 A
W totale = W1 + W2 + W3= 376,2 J
A rapprocher des 375 J trouvés avec Matlab
Pouvait-on prévoir que l’autonomie déterminée avec Matlab serait égale à celle trouvée avec une consommation moyenne constante?
RappelModèle 1:U = 12 VI = 1,6 A