Sujet Sti2d 2016

MATERIEL :    1 banc moteur- génératrice 22 V,  1 rhéostat (33Ω ; 3,1A)  4 multimètres, un tachymètre.

OBJECTIFS :   étudier une chaîne de conversion d’énergie de la forme :

ELECTRIQUE 🡪 MECANIQUE 🡪 ELECTRIQUE.

I)        Problématique : récupération d’énergie au freinage sur véhicules électriques ou hybrides

[pic 1]

Pour réduire l’empreinte carbone du secteur automobile, les constructeurs

 développent des véhicules hybride ou tout électrique avec des systèmes

de récupération d’énergie (cinétique ou potentielle) au freinage.

Pour cela on exploite la réversibilité de la chaîne électrique en faisant

fonctionner la machine  électrique de la chaîne de transmission en mode

générateur lors des phases de freinage.

(Le moteur thermique n’est pas réversible)  

Afin d’évaluer la pertinence de cette récupération d’énergie, il est

nécessaire d’effectuer des bilans de puissance afin connaître les puissances perdues par la chaîne d’énergie en mode traction et en mode freinage.

Bilans de puissances qui permettront d’obtenir l’énergie fournie ou récupérée par la batterie.  

[pic 2]

Comment peuvent se recharger les batteries du véhicule hybride ?

D’après le document ci-dessus, les batteries se rechargent dans deux conditions :

*        Durant le freinage, l’énergie cinétique est convertie en énergie électrique pour recharger les batteries

*        Durant la conduite normale (sol plat) le moteur à essence fournit à la fois l’énergie mécanique pour les roues et l’énergie électrique pour recharger les batteries.

II)        Etude préliminaire

1)        Le  Principe :

Un moteur à courant continu (MCC) reçoit une énergie de la part d’une alimentation électrique, et la transforme en énergie mécanique. Une génératrice à courant continu (GCC), reliée au MCC par le même axe de rotation reçoit dés lors cette énergie la transforme en énergie électrique qui sera consommée par une résistance (la charge). L’ensemble peut-être modélisé par le schéma suivant :

[pic 3]

                PE        :        puissance en entrée ou puissance absorbée par le moteur,

                PS        :        puissance en sortie ou puissance utile de la génératrice,

                PTR        :        puissance transmise du MCC à la GCC ou puissance utile Pu  du moteur,

                PJ        :        pertes Joules de type r.I² 

                                Pmec            :                   pertes mécaniques  

2)        Rappel : notion de rendement η 

Soit un convertisseur d’énergie qui absorbe une puissance P1 et qui fournit une puissance P2 tel que :

[pic 4]

                                                        On a alors :   P1 - P2 = Pertes

                                                                          η = = =

①        Sous quelle forme est fournie la puissance PE absorbée par le MCC ?   Puissance électrique

②        Donner l’expression de PE :                 PE = UE.IE

③        Sous quelle forme est fournie la puissance P2 à la sortie de la GCC ?         Puissance électrique

④        Donner l’expression de PS :                PS = US.IS

⑤        Donner l’expression de ηM, ,  rendement du MCC :  ηM = [pic 5]= [pic 6]

⑥        Donner l’expression de ηG,  rendement de la GCC : ηG = [pic 7]= [pic 8]

⑦        Montrer que l’expression de ηT, le rendement total de la chaîne de conversion est : ηT = ηMCC x ηGCC

ηT = [pic 9]= [pic 10].[pic 11]= ηM. ηG

∙         Si l’on considère que ηMCC = ηGCC, donner l’expression de ηMCC en fonction ηT :  ηT = ηMCC x ηGCC = (ηMCC)²

∙         Sous quelle forme est PTR ?        Puissance mécanique (transmise par l’intermédiaire de l’arbre).

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