Partie II: Actionneurs Niveau: IIA2

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Partie II: Actionneurs Niveau: IIA2

Par: Nesrine Belhaj Youssef© Année universitaire: 2019/2020

CHAPITRE I

INTRODUCTION AUX

ACTIONNEURS

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Introduction Définition de l’énergie

• En physique, l'énergie est une mesure de la capacité d'un système à modifier un état, ou à produire un travail, le plus généralement mécanique, entraînant un mouvement, un rayonnement électromagnétiqueou de la chaleur.

• L'énergie, nécessaire pour accomplir une certaine action, tient compte à la fois de la force et de la durée pendant laquelle cette force est exercée .

• L’énergie se présente sous les formes suivantes: nucléaire, thermique, chimique, électrique,mécanique.

Introduction Importance de l’énergie

• Au 20^ème siècle, la population mondiale a été multipliée par 4, en passant de 1.6 Milliard à 6 Milliards d’habitants.

Parallèlement, la consommation énergétique mondiale a été multipliée par 20.

• Par conséquent, l’énergie est devenue d’une grande importance économique et stratégique. Elle est étroitement liée au concept de «développement durale».

• Les enjeux énergétiques sont multiples: donner accès à l’énergie à tout le monde, dans des conditions acceptables en termes de prix et de pollution, privilégier les énergies non polluantes, rechercher l’augmentation des rendements

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Introduction

Énergie dans le contexte mondial actuel

• À nos jours, les énergies fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon), couvrant actuellement plus de 80 % de la consommation mondiale d’énergie primaire, demeurent largement dominantes.

• Les énergies fossiles étant fortement polluantes, et avec les tendances « vertes » et protectrices de l’environnement, on a assisté, ces dernières années, à une croissance accrue des énergies non carbonées, comme l’énergie nucléaire et les énergies renouvelables (solaire, éolienne, hydraulique..). Toutefois, les experts ne s’attendent pas à un grand changement de la carte énergétique actuelle.

Rappels physiques Énergie – Puissance – Force (1)

• La Force permet de modéliser l’action qu’exerce un corps sur un autre. Une force est un vecteur, c’est-à-dire qu’elle est définie par trois éléments : un sens, une direction, et une norme. Elle est exprimée en Newtons (N).

• L’Énergie est définie comme étant la capacité d’un système à produire un travail, c’est-à-dire à entraîner un mouvement ou produire un phénomènecomme de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité. Elle est exprimée en Newtons mètres (N.m), ou encore en Joules (J).L’énergie est un scalaire.

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Rappels physiques Énergie – Puissance – Force (2)

• La puissance correspond à la quantité d’énergie par unité de temps fournie par un système. Mathématiquement, ceci correspond à la dérivée l’énergie par rapport au temps. La puissance s’exprime en Watts (W).

Introduction

Interactions entre différentes formes d’énergie

Énergie Chimique

Énergie Électrique

Énergie Thermique

Énergie Mécanique

Chaudières Accumulateurs

Piles

Moteurs à explosions

Turbines Générateurs

électriques Moteurs

électriques

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Actionneurs Définition (1)

• Un actionneur est un dispositif capable de convertir une énergie d’entrée disponible en une énergie de sortie utilisable pour réaliser un travail donné.

Convertir l’énergie Convertir l’énergie

Énergie de sortie (W_sou W_u)

Pertes énergétiques Énergie

d’entrée (W_e)

ACTIONNEUR

Actionneurs Définition (2)

• Un actionneur est un élément capable de créer un phénomène physique (déplacement d’objet, création de lumière , création de chaleur, émission de sons...)

• L’actionneur va créer le phénomène physique à partir d’une source d’énergie:

* Le moteur va créer un déplacement en rotationgrâce àune source d’énergie électrique.

* Une alarme va créer un songrâce àun signal électrique.

* Le radiateur va créer de la chaleur grâce à l’énergie du réseau électrique.

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Actionneurs

Exemple 1: afficheurs et voyants

• Permettent de créer un effet visuel: lumière, message textuel, graphique, numérique…

Actionneurs

Exemple 2: haut-parleurs et alarmes

• Permettent d’émettre un son amplifié ou un signal

d’alarme…

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Actionneurs

Exemple 3: moteurs électriques

• Permettent d’obtenir des mouvements de rotation par le biais de l’axe du rotor.

Actionneurs

Exemple 4: pompes électriques et compresseurs

• Équipés de moteurs électriques et de turbines, ils

permettent de refouler l’air à une certaine pression.

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Actionneurs

Exemple 5: vérins pneumatiques ou hydrauliques

• En envoyant comme énergie d’entrée de l’air comprimé (2 à 10 bars) ou de l’huile sous pression, la tige du vérin effectue un mouvement de translation.

Actionneurs Rendement

• Le rendement d’un actionneur (η) correspond au rapport entre l’énergie utile recueillie à la sortie (W

_u

) pendant un intervalle de temps donné, et l’énergie présente à l’entrée (W

_e

), pendant le même intervalle de temps:

e u e

u

P P W

W

=

η =

^η^{< 100%}

Pertes

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Actionneurs Classification

* Électropompe

* Électrovanne

*Vérins électriques

*Moteurs électriques Électrique

* Amplificateur de pression

hydraulique

* Échangeurs air- huile

* Accumulateurs

* Vérins linéaires et rotatifs

• Moteurs hydrauliques Hydraulique

* Échangeurs Air- Huile

* Accumulateurs

* Amplificateur de pression

pneumatique

* Vérins linéaires et rotatifs

• Moteurs pneumatiques Pneumatique

Pompes Compresseurs

Vérins à vis Mécanique

hydraulique pneumatique

mécanique

Forme d’énergie de sortie Forme d’énergie

d’entrée

Actionneurs

Emplacement dans la chaîne d’énergie

Organe de commande

ou pré actionneur

Organe de commande

ou

pré actionneur ACTIONNEURACTIONNEUR

E ( Source d’énergie )

Énergie de commande

Tension ou débit

Intensité ou pression

Charge

Charge (Transformateur ^Effecteur de mouvement ou

d’effort ) Effecteur (Transformateur de mouvement ou

d’effort ) Vitesse (linéaire

ou angulaire) et accélération

Effort ou couple

Vitesse (linéaire ou angulaire) et accélération

Effort ou couple Position

Vitesse Accélération

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• Le pré actionneur est l’organe de gestion de l’énergie, qui permet, à partir d’un signal de commande« basse puissance », de distribuer l’énergie de puissance vers l’actionneur.

Distribuer l’énergie Distribuer l’énergie

Énergie distribuée

Pertes Énergétiques Énergie

stockée

PRE- ACTIONNEUR Énergie

disponible Ordres P.C.

Pré actionneur Définition

Pré actionneur

Exemples: pré actionneurs électriques

• Un relais est un interrupteur qui se commande par une bobine alimentée sous tension continue ou alternative de faible puissance. La partie contact sert à piloter des charges secteur de forte puissance (plusieurs dizaines d’ampères).

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Pré actionneur

Exemples: pré actionneurs hydrauliques/pneumatiques

• Les distributeurs pneumatiques (ou hydrauliques) ont pour fonction essentielle de distribuer le fluide (air ou huile) dans des canalisations, qui aboutissent aux chambres des vérins, de façon à causer le mouvement de la tigedans un sens ou dans l’autre.

• L’effecteur utilise l’énergie de sortie de l’actionneur pour produire un effet utile. Ce dernier peut être un mouvement (déplacement, vitesse, accélération) ou un effort/couple exploité par la charge de sortie.

Effecteur Définition

Produire un effet utile

Mouvement/effort

Pertes Énergétiques Énergie

utilisable

EFFECTEUR

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