📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Un actionneur est un organe qui transforme l'énergie (électrique, pneumatique ou hydraulique) en une énergie utile (souvent mécanique) pour réaliser un travail.
1. Les actionneurs électriques
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Moteur à courant continu (MCC) :
- Relation tension/force électromotrice : $U = E + R \cdot I$
- Force électromotrice : $E = k \cdot \Omega$ (avec $k$ la constante de la machine et $\Omega$ la vitesse en $rad/s$)
- Couple électromagnétique : $C = k \cdot I$
- Puissance absorbée : $P_{abs} = U \cdot I$
- Puissance utile (mécanique) : $P_{u} = C \cdot \Omega$
- Rendement : $\eta = \frac{P_{u}}{P_{abs}}$
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Moteur pas à pas : Permet un déplacement angulaire discret (par "pas") sans capteur de position, idéal pour le positionnement précis.
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Moteur asynchrone :
- Vitesse de synchronisme : $n_s = \frac{f}{p}$ (en $tr/s$) ou $n_s = \frac{60 \cdot f}{p}$ (en $tr/min$), où $f$ est la fréquence et $p$ le nombre de paires de pôles.
- Glissement : $g = \frac{n_s - n}{n_s}$ (où $n$ est la vitesse réelle).
2. Les actionneurs pneumatiques et hydrauliques (Vérins)
- Vérin simple effet : Retour par ressort.
- Vérin double effet : Travail dans les deux sens par pression d'air/huile.
- Force d'un vérin :
- En poussée : $F_{poussée} = P \cdot S$
- En traction : $F_{traction} = P \cdot (S - S_{tige})$
- Où $P$ est la pression et $S$ la section du piston.
Méthodes à maîtriser
- Conversion d'unités : Passer de $n$ ($tr/min$) à $\Omega$ ($rad/s$) via $\Omega = \frac{2\pi \cdot n}{60}$.
- Calcul de rendement : Toujours partir de $P_{abs}$ pour trouver $P_{u}$ ou inversement.
- Calcul de force : Bien identifier si on calcule la force en poussée ou en traction (attention à la section de la tige).
Exemples corrigés
Exemple 1 : Un moteur CC a une résistance $R = 2 , \Omega$, une tension $U = 12 , V$ et un courant $I = 3 , A$. Si $E = 10 , V$, calculer le rendement.
- $P_{abs} = U \cdot I = 12 \cdot 3 = 36 , W$
- $P_{u} = E \cdot I = 10 \cdot 3 = 30 , W$
- $\eta = \frac{30}{36} \approx 0,83 \implies 83%$
Exemple 2 : Un vérin a un piston de diamètre $D = 40 , mm$. La pression est $P = 6 , bar$. Calculer la force de poussée.
- Conversion : $D = 0,04 , m$ ; $P = 6 \cdot 10^5 , Pa$
- Section $S = \frac{\pi \cdot D^2}{4} = \frac{\pi \cdot 0,04^2}{4} \approx 0,001256 , m^2$
- $F = P \cdot S = 6 \cdot 10^5 \cdot 0,001256 = 753,6 , N$
Erreurs fréquentes
- Confondre la vitesse de rotation $n$ ($tr/min$) et la vitesse angulaire $\Omega$ ($rad/s$).
- Oublier de convertir les pressions en Pascals ($1 , bar = 10^5 , Pa$) et les diamètres en mètres.
- Utiliser la section totale du piston pour calculer la force de traction (il faut soustraire la section de la tige).