Fonctionnement
par Rudy Noyelle
La rotation est imperceptible de l'intérieur et ce n'est qu'en prenant un repère visuel extérieur que l'on peut s'en rendre compte.
Des raccords souples passant dans l'axe central permettent l'arrivée et les évacuations d'eau ainsi que l'alimentation électrique. Les conduits sont faits en PVC (polychlorure de vinyle) et les jonctions en caoutchouc.
Le dispositif de motorisation de la maison limite l'amplitude de la rotation à:
Les possibilités d'exploitation de la rotation sont le mode « suivi du soleil » ou manuel.
Diagramme d'analyse structurelle et fonctionnelle du dispositif de la rotation :
Le moteur est un moteur triphasé asynchrone de puissance 370 W. Il délivre un couple de 2,44 Nm en entrée ce qui donne 8 700 Nm en sortie qui est assez important pour pouvoir faire bouger la maison. Il tourne à un fréquence de rotation de 1 450 tour/min (entrée) ce qui donne une fréquence de rotation de la maison en fonctionnement nominal égale à 26 x10^-3 tour/min (sortie) ce qui est très faible et bien imperceptible de l'intérieur.
Fonctionnement mécanique:
Il existe plusieurs fonctionnement mécanique. Nous allons nous intéresser à un fonctionnement plus fonctionelle qui est celui de la maison "dôme".
1) La maison "dôme"
C'est sur cette maison que nous porterons attention pour son coté écologique. C'est pourquoi les calculs seront faits à partir de cette maison (mais peuvent être reproduits avec les valeurs des autres maison tournantes)
La rotation de la couronne est possible grâce à des billes graissées posées sur un rail circulaire fixé sur le bloc de béton.
On estime les pertes à 20 % (la plupart à cause des frottements entre de la courronne et les roulements à bille)
Notion: Chaîne à rouleau :
La couronne tourne grâce à une chaîne à rouleau reliée au pignon d'entrainement. Le pignon d'entrainement est relié au motoréducteur.
2) Comment savoir la position de la maison :
Un capteur inductif détecte la présence de dent (même partiellement) du pignon d'entrainement. Chaque dent détectée si la maison tourne dans le sens horaire (choisi arbitrairement) est comptée (additionner au compte) sinon (dans le sens contraire) est décomptée (soustrait au compte) . Donc le compte correspond à la position la maison selon ces 2 formules :
Le compte est compris entre 0 (correspond à FC1) et 385 (correspond à FC2).
On obtient donc une position en partant de FC1 de la maison selon la valeur du compte.
Remarque: Le pignon d'entrainement a 21 dents. Le rapport de réduction entre le pîgnon et la couronne est de 1/20.
Schéma électronique de l'installation :
Lorsque la bobine KM1 est alimenté, les contacteurs KM1 sont fermés et le variateur de vitesse est alimenté.
Le variateur de vitesse fait varier la fréquence du courant du réseau domestique (Réseau EDF, 50Hz en entrée) pour faire varier la vitesse du moteur asynchrome triphasé à celle voulue (commande de vitesse).
Le contrôleur logique sert à empêcher qu'un ordre erroné (ou "pas possible") puisse commander le variateur de vitesse. Les sorties du contrôleur logique sont commandés par une combinaison des variables "marche en sens horaire" , "marche en sens anti-horaire" et des variables correspondant aux états des détecteurs de fin de course.
Les détecteurs :
Si FC1 et FC2 détecte une fin de course alors la commande de rotation dans le sens détecté n'est plus possible.
Si FC1 ou FC2 est en panne (ou ne marche pas tout simplement), les sursécurités S2 ou S3 (qui se trouvent après) détectent alors une surcourse et empêche la rotation impossible.
Les sécurités :
Par le biais de l'actionnement d'un des boutons d'arrêt d'urgence situé à l'intérieur et à l'extérieur (AU int et AU ext) ou encore la détection de surcourse (S2 et S3), la bobine (KM1) peut être directement mise hors tension.
Le bouton Q1 est un bouton marche/arrêt de tout le système électrique.
Le dijoncteur Q2 est ouvert s'il détecte une surintensité électrique ou thermique.
Les fusibles Q3 et Q4 se détruisent s'ils détectent une surintensité électrique .
Elaboration du mode "suivi du soleil" :
Etude de la rotation :
Pour suivre le soleil, la maison doit passer d'est à ouest (un demi-tour) en 12h.
Cependant la fréquence de rotation nominal de la maison (ou du moteur) est trop élevée ("rapide").
La fréquence de rotation de la maison en fonctionnement nominal est "k" fois supérieur
Calcul de "k" :
Solutions possibles :
Il y a 3 solutions pour réduire la fréquence de rotation de la maison :
- soit alimenter le moteur avec une fréquence atténuée
- soit alimenter le moteur par intermitence
- soit alimenter le moteur avec une fréquence atténuée et par intermitence
Notion: Le moteur est un moteur triphasé asynchrome. La fréquence de rotation du moteur triphasé dépend de la fréquence du courant d'alimentation.
1ère solution :
2ème solution:
3ème solution : Avec "temps" compris entre 2,7% (correspond à la 2ème solution) et 100% (correspond à la 1ère solution)
Programme "suivi du soleil":
heure = heure de la journée
minute = minute de l'heure
compte
= nombre permettant de savoir la position de la maison. (voir
fonctionnement mécanique)
compte est = nombre correspondant à
l'est (à définir par l'utilisateur).
vitesse = commande de
vitesse
sens = sens de rotation
TANT QUE heure >= 7h et heure <= 20h FAIRE
SI heure < 8h ALORS SI compte = compte est ALORS vitesse = 0 Hz SINON vitesse= 50 Hz SI compte < compte est ALORS sens = horaire SINON sens = anti-horaire Fin SI Fin SI SINON SI minute >= 0 et minute <= 6 ALORS vitesse = 14 Hz SINON vitesse = 0 Hz Fin SI Fin SI Fin TANT QUE |
ACTION du PROGRAMME :
7h: Début du programme 7h-8h: phase d'orientation : La maison s'oriente vers l'est (en vitesse nominal)
si elle ne l'est pas
déjà.
8h-20h: phase de suivi :
Le moteur est alimenté en 14 Hz pendant 6 minutes à chaque début d'heure ce qui donne une rotation de 180° en 12 heures
20h: Fin du programme. |
Estimation de la consomation d'énergie :
On va essayer de calculer la consomation du fonctionnement qui est essentiellement celle du moteur. Les pertes d'énergie ne sont pas pris en compte (comme celles dûes aux démarrages). On calcul d'abord l'énergie absorbée par le moteur en une journée en fonctionnement "suivi du soleil":
On estime le rendement du moteur à 0,9.
Le moteur consomme 617 w.h par jour ce qui correspond à 7 centimentes (pour une base d'entre 11 et 12 centimes le k w.h vendu par EDF) :
Si on avait pris une base de 13c/kW.h, ça aurait donné
(environ) 30euros à l'année.
Conclusion: Sur une année, le fonctionnement demande environ 225 000 watt.heure (valeur approximative) ce qui correspond à moins de 30 euros par année.
Quelques calculs :
Calcul du temps pour faire un demi-tour en puissance nominal :
Calcul de l'amplitude maximale (vitesse maximale d'une extrémité à une autre) :
La vitesse est en puissance maximale et on considère qu'elle est x2 plus élevée que la vitesse nominal.
Calcul de la vitesse de la maison en mode manuel :
Notion: Qu'est-ce qu'un rapport de transmission ?
Remarque: Z => nombre de dent ; O => diamètre
Lorsque l'utilisateur utilise le mode manuel, le moteur tourne à sa puissance nominal (donc vitesse nominal).
Calcul des rapports de transmissions :
Application :
En mode manuel, la maison tourne à une fréquence de rotation égale à 26 .10^-3 tour/min ce qui est très faible et donc bien imperceptible de l'intérieur.