TP EE: Autonomie énergétique

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1 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail Zones de « mauvais » ensoleillement : 1 KWh/m²/jour en hiver Problématique : En cas d’absence totale de soleil, combien de jours le portail peut-il fonctionner ? Zones de « bon » ensoleillement : 5,4 KWh/m²/jour en été

2 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail 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 Environnement Matériel Ouvre-portail Ordinateur Documentaire Dossier technique du système Logiciel Matlab

3 L’autonomie dépend principalement du courant consommé par le moteur
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Courbe I(t) relevée à l’oscilloscope pendant l’ouverture 1 4 2 3 L’autonomie dépend principalement du courant consommé par le moteur 1. Appel de courant au démarrage + rattrapage des jeux 2. Phase de fonctionnement à vitesse constante 3. Phase d’approche à vitesse lente  4. Phase de verrouillage (écrasement des butées)

4 décharge à courant et tension constants I (t) U = 12V
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Modèle n°1 : décharge à courant et tension constants I (t) U = 12V Imoyen = 1,6 A Détermination de l’autonomie: Par le calcul t Modèle n°2 : influence des variations du courant et de la tension Courbe I(t) du modèle Matlab- Simulink U = 12V U = 5V I(t) Détermination de l’autonomie: Par la simulation

5 décharge à courant et tension constants Détermination de l’autonomie:
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Modèle n°1 : décharge à courant et tension constants I (t) U = 12V Imoyen = 1,6 A Détermination de l’autonomie: Par le calcul t Unominale = 12V Qnominale = 10Ah Résultat modèle 1 : Autonomie calculée = 5 h = 22,5 jours 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 U = 12V U = 5V

6 influence des variations du courant et de la tension
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Courbe I(t) du modèle Matlab- Simulink Modèle n°2 : influence des variations du courant et de la tension U = 12V U = 5V I(t) Simulation Démarche 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

7 1. Calculer la quantité d’énergie disponible dans chaque batterie
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 1. Calculer la quantité d’énergie disponible dans chaque batterie

8 1. Calculer la quantité d’énergie disponible dans chaque batterie
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 1. Calculer la quantité d’énergie disponible dans chaque batterie U nominale = 12V Qnominale = 10Ah W batterie dispo = U *Q* 80% = ,8 = J

9 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail 2. Evaluer avec Matlab la quantité d’énergie absorbée pendant un cycle d’ouverture

10 Cvantail Umoteur Le modèle Matlab-Simulink Batterie + Relais + hacheur
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Batterie + Relais + hacheur Moteur Réducteur Manivelle- bielle Vantail Le modèle Matlab-Simulink Umoteur Cvantail

11 Entourer les variables à utiliser pour visualiser l’énergie Wmoteur
TP  EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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 i U Intérieur du bloc moteur CC

12 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail (A partir des deux grandeurs U et I) Comment visualiser Wmoteur =  Umoteur * I? Réponse: Multiplier U et I Intégrer ce produit Insérer un « scope » pour visualiser le résultat I U

13 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail Résultats de la simulation Exploitation 375J Energie fournie par batterie pour un cycle : Nombre de cycles possibles : Wbatt dispo / W1cycle = /750 = 460,8cycles Nombre de jours de fonctionnement : 460,8/20 ≈ 23 jours Résultat modèle 2 : Autonomie simulée  = 23 jours

14 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail Conclusions Commenter et expliquer l’écart entre les résultats des deux modèles. 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. Limites des modèles précédents 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. IL FAUDRAIT LES CONFRONTER A L’EXPERIENCE : quel protocole?

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de l’ouvre portail Pour aller plus loin Quels sont les différents paramètres sur lesquels ont peut agir pour améliorer l’autonomie du portail ? Batterie + Relais + hacheur Moteur m=0,6 Réducteur r=0,24 Manivelle- bielle Vantail Le choix de la batterie est primordial : type, capacité… L’électronique de gestion aussi… Choisir un moteur avec un meilleur rendement? « mauvais » rendement du double système roue- vis (environ 24%) Etudier une solution « alternative » Pas de grande marge de manœuvre Graissage et réglage correct des gonds : on limite le couple résistant

16 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail L’influence des paramètres précédents sur la consommation peut être visualisée facilement grâce au modèle Matlab-Simulink 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.m 19 jours d’autonomie 32 jours d’autonomie 460 J 270 J

17 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail Pour finir L’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…

18 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail FIN

19 TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail Pouvait-on prévoir que l’autonomie déterminée avec Matlab serait égale à celle trouvée avec une consommation moyenne constante? Calcul de l’énergie consommée par approximation Wi = U*I*t U=12 V I = 1,1 A U=12 V I = 1,7 A U=5 V I = 2,5 A Rappel Modèle 1: U = 12 V I = 1,6 A W totale = W1 + W2 + W3 = 376,2 J W1 = 12*1,1*2 = 26,4 J W2 = 12*1,7*15,8 = 322,3 J W3 = 5*2,5*2,2 = 27,5 J A rapprocher des 375 J trouvés avec Matlab