TP 5.3: Etude de la modulation d'énergie
Fichier Word: TP 5.3 VAE
I. Analyse du fonctionnement
1.1 Compléter la chaine de puissance et d’information du VAE et identifier chaque élément fléché sur la photo du VAE.
1.2 A l’aide de la documentation technique et de recherche sur internet, recherchez les autres systèmes de transmission pour vélo existants. Donner leurs avantages et inconvénients.
1.3 Pourquoi avoir le meilleur rendement possible. Conclure sur l’intérêt de transmettre avec le moyen utilisé sur le VAE
1.4 En se référant au site internet et du diaporama « moteur », donner la technologie du moteur employé sur le vélo électrique ; relevez ses caractéristiques électriques sur le dossier technique VAE.
1.5 Analyser le fonctionnement de ce moteur. Quelles sont les 2 parties qui constituent un moteur à courant continu. Sur quoi peut-on agir pour faire varier sa vitesse.
1.6 Quel est l’intérêt de mettre une MCC sur le vélo notamment en phase de freinage.
1.7 Quelle est la vitesse de rotation après le réducteur en tr/min et en rad/sec.( voir diaporama « moteur ») .
1.8 En déduire la vitesse théorique linéaire du vélo si le cycliste ne fournit pas d’effort (rayon de la roue : 32 cm) en m/s et en km/h
1.9 Identifier avec le numéro correspondant les éléments suivants sur le schéma ci-contre.
(1): plateau (2): pignon (3): chaine
1.10 Quel est le mode de transmission mécanique utilisé dans le vélo ( voir doc ressource transmission)
Nous allons chercher à trouver le rapport de réduction entre le pédalier et la roue selon le pignon utilisé.
1.11 Compter le nombre de dents sur le plateau du pédalier : …………….
Ouvrir l'onglet 1 du fichier Excel
1.12 Donner la formule permettant d’avoir le rapport de réduction r à partir de Zpignon et plateau puis compléter la colonne r.
1.13 A l’aide d’un tachymètre mesurer la vitesse de rotation de votre camarade jusqu’à obtenir une vitesse de rotation de 10 tr/min. Calculer Ωpédalier en rad /s puis donner la relation entre Ωroue, r et Ωpédalier. Compléter la colonne Ωroue .
Ωpédalier= …………..
1.14 A l’aide de la question 1.8, , donner la formule permettant de calculer la vitesse du vélo à partir de Ωroue et du rayon (puis compléter le tableau )
1.15 Pour avoir la plus grande vitesse sur mon vélo quel pignon dois-je activer ?
II. Etude du convertisseur
L’évolution de l’électronique dans la commande des moteurs (appelé l’électronique de puissance) propose plusieurs types de convertisseur définis en fonction de la nature de l’énergie d’entrée et de sortie
2.1 Donner le nom de chaque convertisseur en fonction de son type de conversion (Faire des flèches).
2.2 Quel est donc le type de convertisseur pour le VAE ; justifiez votre réponse ( voir document diaporama « moteur ») :
Vous disposez d’un hacheur que vous allez alimenter par une alimentation stabilisée 0- 30v (se trouvant dans le placard). Brancher à sa sortie le petit moteur Ω ainsi qu’un voltmètre numérique (en DC)
2.3 Régler la fréquence à sa valeur minimale et à l’aide du potentiomètre réglé à différentes graduations, relever la tension à la sortie. Vous mesurerez la vitesse de rotation avec la dynamo-tachymétrique.
Compléter le tableau de mesure l'onglet 2 du fichier Excel
2.4 Tracez la courbe N=f(a). A l’aide de la documentation, analyser le fonctionnement de ce convertisseur et définissez son mode de fonctionnement. Conclure.
2.5 Avec l’aide du professeur, visualiser la forme des signaux sortants du hacheur du VAE. Représentez ce signal.
2.6 Faites un essai du VAE avec ou sans assistance. Conclure
III. Etude de la puissance nécessaire
3.1 A partir du graphique 1 en annexe et en considérant un cycliste moyen de 70 kilo, donner la puissance à développer sur le plat (15 km/h).
3.2 Donner maintenant la puissance à développer pour le même cycliste pour gravir une pente à 5% (15 km/h).
3.3 Conclure sur le fonctionnement du vélo ainsi que sur les éléments de perfectionnement possible.
Ce graphe (en 3D) illustre la puissance à fournir pour maintenir une vitesse de 15 Km/h pour un cycliste et sa machine dont le poids est compris entre 66 Kg et 96 Kg pour des pentes comprises entre 0 et 10 %. Bien entendu la puissance à développer augmente lorsque la pente et la masse augmentent. Dans le cas d'un amateur moyen disposant de 250 Watts, l'amateur pesant 66 Kg avec sa machine peut escalader une pente de 10 % à 15 Km/h alors qu'un autre amateur pesant 76 Kg avec sa machine, mais ne disposant pas de puissance supplémentaire doit se limiter à une pente de 9 %. La pente se limite à 8 % pour un amateur pesant 86 Kg avec sa machine.
