Manuel d`utilisation de la maquette AÉROGÉNÉRATEUR À
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1. CRDP Limousin Manuel d utilisation de la maquette A ROG N RATEUR COURANT ALTERNATIF nergie olienne avec transformation d nergie Enseignement primaire et coll ge Amies ce A rog n rateur courant alternatif 870M0002 Document non contractuel L nergie olienne L nergie olienne est une nergie renouvelable C est l nergie cr e partir du vent et plus largement par tout d placement d air Elle tire son nom d ole en grec ancien A oAos Aiolos le nom donn au dieu du vent dans la Gr ce antique Dans la mythologie grecque ole tait un personnage assimil au dieu des Vents C tait le fils de Pos idon Il gardait les vents enferm s dans une outre et ne les lib rait que sous l ordre de Zeus ou de son p re Lors de l Odyss e il donna Ulysse une de ses outres qui lui permettrait de regagner Ithaque Mais un des marins l ouvrit et le vent les ramena vers les les oliennes Cette fois ci ole chassa les grecs les croyant maudits par les dieux L n ide pr sente une version diff rente Dans une vaste caverne ole tient encha n s et emprisonn s les vents qui s efforcent de fuir ainsi que les temp tes bruyantes De son nom d coule l adjectif olien et le substantif olienne La maquette pr sent e dans ce document fonctionne sur le principe de l olien avec transformation d nergie Principe de fonctionnement L olienne est a2. Tachym tre Support de dip le pas de 38 mm quip d une diode lectroluminescente DEL A rog n rateur courant alternatif Aliment e par l nergie olienne cette maquette produit un courant alternatif sinuso dal exploitable sur un oscilloscope Il est ainsi possible de mesurer la p riode et de l amplitude du signal en fonction de la vitesse du vent Une diode DEL fournie sur support de dip le permet d tudier la persistance r tinienne de l il en fonction de la fr quence du signal lectrique La pr sence d un capteur lectromagn tique tachym tre permet de d terminer la vitesse de rotation de h lice Suggestions pour la classe Au primaire La maquette permet surtout d appr hender la notion d nergie renouvelable et une approche de la transformation des nergies par allumage de la diode en faisant tourner une h lice Au coll ge en classe de quatri me et troisi me L a rog n rateur peut tr s bien accompagner la le on sur l alternateur et montrer comment on cr du courant alternatif partir d un mouvement et l aide d un dispositif bobine aimant On peut aussi visualiser le signal lectrique du g n rateur 3 6 1 Implanter la diode DEL dans la connectique du bo tier 2 Visualiser l clairement de la diode en fonction de la vitesse de rotation de l h lice De part la nature du courant alternatif la diode DEL ne s allume pas r guli rement elle scintil
3. En effet les caract ristiques des tachym tres diff rent en fonction des approvisionnements 5 6 Utilisation de la maquette Il est possible de cr er artificiellement du vent en utilisant un ventilateur prot g ou un s che cheveux soufflant de l air froid pour des raisons de s curit On placera la maquette dans la zone o l air s coule L avant de la maquette les p les sera plac selon une direction proche une dizaine de degr s pr s de la direction du vent Le vent par son action sur les p les va entra ner l h lice L h lice est fix e sur un axe qui est donc lui m me en rotation la m me vitesse angulaire Cet axe est reli l alternateur L alternateur est une machine lectrique qui convertit l nergie m canique rotation d un axe en nergie lectrique C est en quelque sorte l oppos d un moteur lectrique moteur synchrone L alternateur est constitu d un rotor partie tournante et d un stator partie fixe e Le rotor est l inducteur Il peut tre un aimant permanent la r gulation de la tension de sortie se fera en r gulant la vitesse de rotation de l alternateur la fr quence du courant variera galement C est le principe de la dynamo de v lo qui est en fait un petit alternateur Plus couramment un lectroaimant assure l induction Ce bobinage est aliment en courant continu souvent l aide d un collecteur bague rotatif une double bague avec balais Dans cette maquett
4. ccoupl e un g n rateur lectrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif le g n rateur est reli un r seau lectrique ou bien il fonctionne de mani re autonome avec un g n rateur d appoint par exemple un groupe lectrog ne et ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d nergie L nergie olienne peut tre utilis e de deux mani res e Conservation de l nergie m canique le vent est utilis pour faire avancer un v hicule navire voile ou char voile pour pomper de l eau moulins de Majorque oliennes de pompage pour abreuver le b tail ou pour faire tourner la meule d un moulin Il est noter que les instruments de musique vent partent du m me principe de transformation un d placement d air Le souffle est transform en une nergie m canique le son e Transformation en nergie lectrique comme pour un moulin vent le d placement d air plus ou moins lin aire est transform en un mouvement rotatif qui n est pas cette fois ci utilis imm diatement Descriptif et pr sentation de la maquette La maquette est compos e d une h lice entra n e par le vent d un alternateur d un tachym tre d une LED sur support de dip le 216 G n rateur de courant alternatif JE Bo tier de raccordement lectrique quip de 4 douilles de s curit de 4 mm 2 pour la sortie de l alternateur et 2 pour la sortie du tachym tre H lice
5. e le champ magn tique inducteur est cr pour des raisons de simplicit par un aimant permanent e Le stator est l induit Il est constitu d enroulements qui vont tre le si ge de courant lectrique alternatif induit par le champ magn tique cr par l inducteur en mouvement Le ph nom ne d crit ici porte le nom d induction magn tique Le champ magn tique et plus particuli rement le flux magn tique vu par la bobine d induit est variable une tension variable appara t donc aux bornes de l induit La loi de Faraday indique ainsi que lorsqu on fait varier par un proc d quelconque le flux du champ magn tique B qui traverse un circuit ferm conducteur ce circuit est le si ge d un courant dit courant induit La loi de Lenz pr cise alors que le sens du courant induit est tel que le flux qu il produit travers les circuits qu il parcourt tend s opposer la variation de flux qui lui donne naissance On montre en outre que la tension induite e s exprime en fonction de la d riv e du flux du champ magn tique dit d induction traversant la bobine induit par rapport au temps t d e t AF Le flux du champ magn tique cr par l inducteur en mouvement tant variable on a ainsi cr une tension lectrique elle m me variable et quasi sinuso dale 6 6
6. le de plus en plus rapidement au fur et mesure de l augmentation de la vitesse de rotation du g n rateur Quand la fr quence de l clair atteint le seuil de la persistance r tinienne de l il on ne distingue plus de scintillement L augmentation de la vitesse de rotation engendre aussi un accroissement de la tension lectrique de sortie et de l clairement de la DEL 3 Visualiser la tension lectrique d livr e par l alternateur 4 Connecter la sortie du bo tier lectrique sur une entr e de l oscilloscope apr s avoir enlev la diode DEL R glages des calibres de l oscilloscope Calibre de la base de temps 10 ms division Calibre de la d viation verticale 5 V division Observation du signal lectrique ii Lie Fri iii a Exemple correspondant une vitesse de rotation de 240 tr min P riode du signal T 10 ms division x 2 2 22 ms l l Fr quence du signal f 45 Hz 3 T 22x10 Amplitude du signal tension lectrique Valeur cr te cr te l oscilloscope U 5 V division x 3 2 16 volts Valeur efficace mesur e l aide d un multim tre en fonction voltm tre alternatif U 5 V 1 Les mesures lectriques cit es en r f rence sur la documentation d accompagnement correspondent une maquette de premi re g n ration et peuvent ne pas tre identiques sur votre nouvelle maquette En effet les caract ristiques des g n rateurs diff ren
7. t en fonction des approvisionnements 416 Au lyc e Gr ce au tachym tre on peut mesurer la vitesse de rotation de l h lice et en d duire sa vitesse angulaire La maquette est munie d un tachym tre Il s agit d un instrument permettant de mesurer la vitesse de rotation de l h lice La sonde tachym trique int gr e la maquette doit tre connect e un oscilloscope afin de mesurer le temps mis par l h lice pour effectuer un tour La sonde d livre un pic de tension chaque tour amplitude 1 volt is fonaiuananiennes si i s Li Exemple de mesure l aide d un oscilloscope P riode du signal 100 ms division x 2 5 250 ms Temps T mis par l h lice pour effectuer un tour 250 ms Vitesse de rotation de l h lice o 2227T t T Q 25 1 rad s On peut convertir cette vitesse angulaire en tr s en divisant par 2m et on obtient une vitesse angulaire de 4 tr s Enfin on peut la convertir en tr min en multipliant par 60 et on obtient une vitesse angulaire de 240 tr mn Remarque il est souhaitable de pr voir plusieurs manipulations en fonction de la distance de h lice la source d air en mouvement En effet cette distance influe sur la vitesse de rotation de h lice 2 Les mesures lectriques cit es en r f rence sur la documentation d accompagnement correspondent une maquette de premi re g n ration et peuvent ne pas tre identiques sur votre nouvelle maquette
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