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TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Zones de « mauvais » ensoleillement : 1 KWh/m²/jour en.

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1 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de 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 2 Environnement Matériel Ouvre-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 énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail

3 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Courbe I(t) relevée à l’oscilloscope pendant l’ouverture 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) L’autonomie dépend principalement du courant consommé par le moteur

4 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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 = 5V I(t) Détermination de l’autonomie: Par la simulation I (t) t

5 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail U = 12VU = 5V Unominale = 12V Qnominale = 10Ah Q=I*tt = Q/I = 10/1.6 = 6.25h t 80% = 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

6 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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 Simulation U = 12VU = 5V I(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

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

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

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

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

11 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Objectif: visualiser W moteur 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

12 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail  ( A partir des deux grandeurs U et I) Comment visualiser W moteur =  U moteur * I? Réponse: 1.Multiplier U et I 2.Intégrer ce produit 3.Insérer un « scope » pour visualiser le résultat U I

13 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail Résultats de la simulation 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 Exploitation Résultat modèle 2 : Autonomie simulée = 23 jours Résultat modèle 2 : Autonomie simulée = 23 jours

14 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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?

15 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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 Vantail 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 ?

16 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail 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 270 J 32 jours d’autonomie 460 J 19 jours d’autonomie

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

19 TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail TP EE: Autonomie énergétique de l’ouvre portail W1 = 12*1,1*2 = 26,4 J W2 = 12*1,7*15,8 = 322,3 J Calcul de l’énergie consommée par approximation Wi = U*I*t W3 = 5*2,5*2,2 = 27,5 J U=12 V I = 1,1 A U=12 V I = 1,7 A U=5 V I = 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? Rappel Modèle 1: U = 12 V I = 1,6 A


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