Transcript TP EE: Autonomie énergétique de l`ouvre portail 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 peutil fonctionner ?
Zones de « bon » ensoleillement :
5,4 KWh/m²/jour en été
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de l’ouvre portail
CO8.
Compétences visées
- Renseigner un logiciel de simulation du
comportement énergétique
- Interpréter les résultats d’une simulation
- Energie, puissance (moyenne et instantanée) ,
rendement
Prérequis
- TP sur le rendement énergétique du portail (OP
W1 incluant le relevé oscillo)
Matériel
Environnement Documentaire
Logiciel
- Avoir déjà pris en main Matlab
Ouvre-portail
Ordinateur
Dossier technique du système
Matlab
2
TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail
Courbe I(t) relevée à
l’oscilloscope pendant
l’ouverture
1
2
L’autonomie dépend
principalement du
courant consommé
par le moteur
3
4
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)
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de l’ouvre portail
U = 12V
Modèle n°1 :
décharge à courant et
tension constants
I (t)
Imoyen =
1,6 A
Détermination de
l’autonomie:
t
Courbe I(t) du modèle MatlabSimulink
I(t)
U = 12V
U = 5V
Par le calcul
Modèle n°2 :
influence des
variations du courant et
de la tension
Détermination de
l’autonomie:
Par la simulation
TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail
U = 12V
Modèle n°1 :
décharge à courant et
tension constants
I (t)
Imoyen =
1,6 A
Détermination de
l’autonomie:
t
Unominale = 12V
Q=I*t
Qnominale = 10Ah
t = Q/I = 10/1.6 = 6.25h
t80% = 6.25*0.8 = 5 hU = 12V
On suppose 20 cycles par jour:
5*3600 / (20cycles*20s*2) = 22,5 jours
U = 5V
Par le calcul
Résultat modèle 1 :
Autonomie
calculée = 5 h
= 22,5 jours
TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail
Courbe I(t) du modèle MatlabSimulink
I(t)
U = 12V
U = 5V
Modèle n°2 :
influence des
variations du courant et
de la tension
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’ouverturefermeture possibles, puis
l’autonomie en h et jours
TP EE: Autonomie énergétique
de l’ouvre portail
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%
= 12 . 10. 3600 . 0,8
= 345 600 J
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2. Evaluer avec
Matlab la quantité
d’énergie absorbée
pendant un cycle
d’ouverture
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Batterie +
Moteur
Relais + hacheur
Réducteur
Manivellebielle
Le modèle Matlab-Simulink
Umoteur
Cvantail
Vantail
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Objectif: visualiser Wmoteur
Le débit d’énergie n’est pas constant  W(t)= P(t)dt
Entourer
U
i
Intérieur du bloc moteur CC
les variables à
utiliser pour
visualiser
l’énergie
Wmoteur
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 (A partir des deux grandeurs U et I)
Comment visualiser Wmoteur =  Umoteur * I?
Réponse:
1. Multiplier U et I
2. Intégrer ce produit
3. Insérer un « scope » pour visualiser le résultat
U
I
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Résultats de la simulation
Exploitation
Energie fournie par batterie
pour un cycle :
Nombre de cycles possibles :
375J
Wbatt dispo / W1cycle = 345600/750 =
460,8cycles
Nombre de jours de
fonctionnement : 460,8/20 ≈ 23 jours
Résultat modèle 2 :
Autonomie
simulée = 23 jours
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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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Pour aller plus loin
Quels sont les différents paramètres sur lesquels ont peut agir pour améliorer
l’autonomie du portail ?
Batterie +
Relais + hacheur
Le choix de la
batterie est
primordial :
type,
capacité…
L’électronique
de gestion
aussi…
Moteur
Réducteur
m=0,6
r=0,24
Choisir un
moteur avec
un meilleur
rendement?
« mauvais »
rendement du
double
système rouevis (environ
24%) Etudier
une solution
« alternative »
Manivellebielle
Pas de
grande
marge de
manœuvre
Vantail
Graissage et
réglage
correct des
gonds : on
limite le
couple
résistant
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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%
32 jours
d’autonomie
270 J
Si le couple résistant sur le vantail
vaut 35 N.m au lieu de 25 N.m
19 jours
d’autonomie
460 J
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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…
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FIN
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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
Rappel
Modèle 1:
U = 12 V
I = 1,6 A
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
W1 = 12*1,1*2
= 26,4 J
W2 = 12*1,7*15,8
= 322,3 J
A rapprocher des 375 J trouvés avec Matlab
W3 = 5*2,5*2,2
= 27,5 J