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Sciences de l'Ingénieur · Classes prépa (CPGE) — 1ère année — TSI

Actionneurs et pré-actionneurs

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

La chaîne d'énergie transforme l'énergie d'entrée en énergie de sortie. Les pré-actionneurs reçoivent un ordre de la partie commande (faible puissance) pour distribuer l'énergie vers les actionneurs (forte puissance).

  • Actionneurs électriques : Moteurs CC ($P = U \cdot I$), moteurs pas à pas.
  • Actionneurs pneumatiques : Vérins simple effet (ressort de rappel) et double effet (deux chambres).
  • Pré-actionneurs électriques : Contacteurs, relais, hacheurs (pour varier la vitesse).
  • Pré-actionneurs pneumatiques : Distributeurs (ex: 4/2, 5/3) caractérisés par le nombre d'orifices et de positions.

Méthodes à maîtriser

  1. Dimensionnement : Calculer la force d'un vérin $F = P \cdot S$ (avec $S = \pi \cdot \frac{D^2}{4}$).
  2. Variation de vitesse : Calculer la vitesse moyenne d'un moteur CC avec un hacheur : $U_{moy} = \alpha \cdot U_{max}$ où $\alpha = \frac{t_{on}}{T}$.
  3. Choix du distributeur : Identifier le nombre de voies et de positions selon le mouvement souhaité.

Exemples corrigés

Exemple : Un vérin a un diamètre de 40mm, pression 6 bars ($6 \cdot 10^5$ Pa). $S = \pi \cdot (0,02)^2 \approx 12,56 \cdot 10^{-4} m^2$. $F = 6 \cdot 10^5 \cdot 12,56 \cdot 10^{-4} \approx 753,6 N$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (mm en m, bars en Pa).
  • Confondre le rôle du pré-actionneur (distribution) et de l'actionneur (transformation).
  • Négliger le rendement dans les calculs de puissance mécanique ($P_m = \eta \cdot P_e$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Actionneurs et pré-actionneurs

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Quel est le rôle principal d'un pré-actionneur ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un relais et un contacteur ?
  1. Le relais est utilisé pour les faibles courants (circuits de commande).
  2. Le contacteur est dimensionné pour les courants forts (circuits de puissance, moteurs).

💡 À retenir : Le contacteur possède un dispositif de soufflage d'arc pour couper les courants importants.

Kifach n7seb la force dial vérin double effet ?
  1. Calcule la surface utile $S = \pi \cdot \frac{D^2}{4}$.
  2. Utilise la formule $F = P \cdot S$.
  3. Si c'est en rentrée de tige, soustrais la section de la tige $S_{tige} = \pi \cdot \frac{d^2}{4}$ de la surface totale.

💡 À retenir : La force en sortie est toujours supérieure à la force en rentrée.

Est-ce que le hacheur change la fréquence du moteur ?

Non, le hacheur fait varier la valeur moyenne de la tension aux bornes du moteur en jouant sur le rapport cyclique ($\alpha$). Cela modifie la vitesse de rotation, pas la fréquence du signal.

💡 À retenir : $U_{moy} = \alpha \cdot U_{alim}$.

Chno hiya l'utilité dial distributeur 5/3 ?

Il permet de piloter un vérin double effet avec trois positions : sortie, rentrée, et position neutre (bloqué ou échappement).

💡 À retenir : Les chiffres signifient (nombre d'orifices / nombre de positions).

Comment choisir un moteur pour une charge donnée ?
  1. Déterminer le couple nécessaire $C = F \cdot r$.
  2. Déterminer la vitesse de rotation $\omega$ (rad/s).
  3. Calculer la puissance $P = C \cdot \omega$.
  4. Choisir un moteur dont la puissance nominale est supérieure à $P$.

💡 À retenir : Toujours prévoir une marge de sécurité de 20%.

Wach l'actionneur howa li kay-commander le pré-actionneur ?

Non, c'est l'inverse. La partie commande envoie un signal au pré-actionneur, qui lui, laisse passer l'énergie vers l'actionneur.

💡 À retenir : Ordre (PC) -> Pré-actionneur -> Actionneur -> Effet physique.

Quelle est la différence entre un vérin simple et double effet ?
  1. Simple effet : une seule chambre, retour par ressort.
  2. Double effet : deux chambres, pilotage actif dans les deux sens.

💡 À retenir : Le double effet est plus précis pour le contrôle de position.

C'est quoi le rôle d'une diode de roue libre sur un relais ?

Elle protège le transistor de commande contre les surtensions induites par la bobine du relais lors de l'ouverture du circuit.

💡 À retenir : La diode est montée en inverse aux bornes de la bobine.

Kifach n-calculé rapport cyclique alpha ?

C'est le rapport entre le temps où le signal est à l'état haut ($t_{on}$) et la période totale ($T$). $\alpha = \frac{t_{on}}{T}$.

💡 À retenir : $\alpha$ est compris entre 0 et 1 (ou 0% et 100%).

Le moteur pas à pas est-il un actionneur ?

Oui, c'est un actionneur qui transforme une impulsion électrique en un déplacement angulaire précis.

💡 À retenir : Très utilisé en robotique pour le positionnement.

Pourquoi on utilise des capteurs de fin de course avec les vérins ?

Pour informer la partie commande que le vérin a atteint sa position extrême et permettre le passage à l'étape suivante du GRAFCET.

💡 À retenir : Indispensable pour la sécurité et la synchronisation.

Est-ce que le rendement d'un vérin est toujours de 100% ?

Non, il y a des pertes dues aux frottements des joints et aux fuites internes. Le rendement réel est souvent entre 85% et 95%.

💡 À retenir : Toujours utiliser $\eta$ dans les calculs de puissance réelle.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un système de transfert utilise un vérin double effet de diamètre $D=50mm$ et de tige $d=20mm$. La pression d'alimentation est de 6 bars.

  1. Calculer la force développée en sortie de tige.
  2. Calculer la force développée en rentrée de tige. (Donnée : 1 bar = $10^5$ Pa).
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Un moteur CC est alimenté par un hacheur série. La tension d'alimentation est $U = 24V$. La période du signal est $T = 1ms$. Le temps de conduction est $t_{on} = 0,4ms$. Calculer la tension moyenne aux bornes du moteur.

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Exercice 3

On veut soulever une charge de 500kg avec un vérin. La pression disponible est de 5 bars. Quel doit être le diamètre minimal du piston ? (Prendre $g = 10 m/s^2$).

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