[TIPE] Régulateur à boules

[Rachitito]

Bonjour,
j'ai un TIPE sur le Régulateur à boules, dit Régulateur de Watt (ou vice versa ?). Le thème de cette année est "Ressources : Partage, répartition, distribution". Ma partie théorique consiste à calculer les énergies mécaniques, cinétiques et potentielles du régulateur . Pour être franc avec vous j'ai choisi le sujet un peu sur le tas, n'étant vraiment pas intéressé par un domaine en particulier. Je me retrouve donc à galérer pour essayer de trouver une expérience possible. Je n'ai même pas de problématique à proprement parler, c'est dire... Peut-être me demander si modifier la masse aurait un impact sur la répartition d'énergie du régulateur ? Essayer de trouver une masse idéale ? Comment choisir la masse en fonction du systeme étudié ?
Là encore il me faudrait un système à étudier... J'ai pensé à un phonographe mais je ne sais pas où en trouver. Je sais qu'il est un un peu indécent de ma part de venir vous poser des questions mais je ne cherche que des pistes à explorer à vrai dire. Quel système simple accessible puis-je étudier ? Ma problématique sur la masse des boules tient-elle la route ?
Merci d'avance.
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je ne vois pas le rapport entre "Ressources : Partage, répartition, distribution" et un régulateur à boules ou un phonographe.
Mais ce n’est pas grave. En général je ne vois pas le rapport entre ce que les élèves font, et la thématique imposée (qui est, en général, vaseuse). Je serais incapable de trouver un sujet qui colle avec la thématique, autre que les associations caritatives, comme les Restos du Cœur ou la Banque Alimentaire. Mais de sujet physique je n’en vois rien.

L’énergie du régulateur n’a aucune importance. ce qui compte est la mouvement du curseur en fonction de la vitesse de rotation et la force exercée par ce même curseur pour un déplacement forcée de sa position d’équilibre.
C’est cela qui sera important dans la régulation de vitesse d’une machine à vapeur
Au revoir.

[calculair]

Bonjour

Il y avait des moteurs de phonographe avec un regulateur à boules

Lorsque le vitesse augmente du moteur , la force centrifuge des bouless attire un disque vers un frein qui ralentit le moteur.

Ce système regule la vitesse du moteur... c'est un regulateur mecanique, aujourd'ui on ferait un trruc électronique...

[Dynamix]

Peut-être me demander si modifier la masse aurait un impact sur la répartition d'énergie du régulateur ? Essayer de trouver une masse idéale ?

Si tu ne sais pas ce que tu régule , pas la peine de chercher le poids des boules .

Projet simple :
Faire descendre une charge à vitesse constante sous l' effet de son poids .
La charge est attachée à un câblé enroulé sur une bobine .
Le régulateur tourne avec la bobine et fait fonctionner un frein quand la bobine tourne trop vite .

Je ne vois pas le rapport entre "Ressources : Partage, répartition, distribution" et un régulateur à boules

Ben , le régulateur permet à tous d' avoir les boules au même niveau . C' est la répartissions égalitaire .

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
@Calculair :
Je n’ai jamais vu ce type de phonographe.
Mais le régulateur à boules était le début de la chaîne de l’asservissement de vitesse de la machine à vapeur. In réglait l’admission de vapeur. Ce n’était pas un frein.

@Dynamix :
Pas d’accord. Cela dépend aussi de la hauteur des individus.
Au revoir.

[invite07941352]

Bonjour LPFR ,

http://www.dailymotion.com/video/xma...-a-boules_tech

Et pour une fois, ce n'est pas un faux ...
Aussi bien sur "les phonos " mécaniques, qu'électriques . Il faut remonter avant 50 ( 1950 ! ) environ ;

Cordialement,

[LPFR]

...
Et pour une fois, ce n'est pas un faux ...
...

Re.
Calculair ne raconte pas des bêtises.
J’ai dit que je n’ai jamais vu de régulateur à boules dans un phonographe. Pas que c’était faux.
Je n’ai pas plus vu de phonographes à manivelle autrement que dans les films. Le premier phonographe que j’ai vu avait un moteur en cage d’écureuil et l’aguille agissait sur une membrane. Pas d’électronique encore. C’était au tout début des années 50. Et les 33 tours n’existaient pas encore.
A+

[invite07941352]

Re.
Calculair ne raconte pas des bêtises.
J’ai dit que je n’ai jamais vu de régulateur à boules dans un phonographe. Pas que c’était faux.
Je n’ai pas plus vu de phonographes à manivelle autrement que dans les films. Le premier phonographe que j’ai vu avait un moteur en cage d’écureuil et l’aguille agissait sur une membrane. Pas d’électronique encore. C’était au tout début des années 50. Et les 33 tours n’existaient pas encore.
A+

Re,
Nous nous sommes mal compris , désolé ! C'est pour la vidéo que je disais que ce n'était pas un faux ...Et je donnais simplement la vidéo en exemple .
Cordialement

[LPFR]

Re.
Désolé. J’avais effectivement mal compris.
A+

[calculair]

Bonjour,

Je me souviens tres bien d'avoir démonté ce genre de machine.

Le régulateur était monté sur des moteurs électriques.

La position du frein permettait de fixer une vitesse au moteur

La video montre bien le principe.

Ici le régulateur n'économise pas l'énergie primaire pour réguler la vitesse comme dans la machine à vapeur .

[Rachitito]

Bonjour,merci beaucoup pour vos réponses ! J'ai eu quelques soucis privés ces derniers jours donc je vais prendre le temps de
tous vous lire avant de vous répondre

[Rachitito]

Rebonjour,ça fait longtemps et je up le sujet pour ne pas en créer un nouveau.
En fait je m'intéresse maintenant à ma partie théorique que je trouve un peu trop lourde.
En effet je commence par expliquer le fonctionnement du régulateur à boules pour ensuite
m'intéresser à la force centrifuge.A partir de là j'introduis plusieurs notions (référentiel galiléen,accélération relative,
accélération de coriolis,force d'inertie d'entraînement...) et force est de constater que ça fait très lourd à l'oral avec
tous les différents repères à introduire etc...
Je me demandais donc si il n'y avait pas un autre moyen d'arriver à l'expression de cette force centrifuge : F=m*w²*R².
Aussi pour relier cette partie au sujet (partage,répartition,distribut ion) un bête calcul d'énergie mécanique mais bon
je vois pas trop quoi faire d'autre

[LPFR]

Bonjour.
Je ne vois pas l’intérêt de parler de force centrifuge, des repères non inertiels ou de Coriolis pour le régulateur à boules.
Il suffit de rester dans le repère du laboratoire et à la force centripète.
Au revoir.

[Rachitito]

Je parle de force centrifuge car c'est bien l'intérêt du régulateur à boules non ?
Éloigner ou rapprocher les masses de l'axe grâce à cette force.
Quant au rapprochement au thème,à chaque fois que je lis Partage,Distribution et répartition
je pense à de l'énergie...est-ce le seul moyen de relier le régulateur à boules au sujet ?

[Dynamix]

Je parle de force centrifuge car c'est bien l'intérêt du régulateur à boules non ?

Dans un référentiel galiléen il n' y a pas de force centrifuge , ça ne retire pas au régulateur à boule tout son intérêt .
Bien au contraire , vu que c' est le référentiel de la machine qu' il doit réguler .

[Rachitito]

Bonjour,ne souhaitant pas faire un nouveau sujet je poste ici ma question.
En fait maintenant j'essaye de relier le sujet à l'automatisme. Cependant je ne trouve pas d'exercices sur le
net traitant d'un exemple modélisant la régulation d'un système par le régulateur à boules.Je suis tombé sur ce schéma :

En fait je vois pas trop quoi mettre dans les schémas blocs ... J'ai déjà trouvé une relation entre la vitesse de rotation de l'arbre
et le déplacement du coulisseau qui m'aiderait alors à trouver une fonction de transfert. J'esperais utiliser scilab et le module xcos
pour simuler le comportement d'un système utilisant le régulateur à boules et étudier sa stabilité/précision/rapidité en voyant comment
la masse des boules ou la longueur des bras les portant pouvait modifier ces paramètres.
Voilà,je ne sais pas si j'ai été assez clair,merci.

[LPFR]

Bonjour.
Il faudrait que vous calculiez le « gain » de la boucle.
- Gain de la tringlerie : Δ(angle d’ouverture de la vanne)/Δ(position de la tringlerie).
- Gain de la machine à vapeur Δω /Δ(angle d’ouverture de la vanne).
Ici c’est plus dur, car ce que la vanne règle vraiment n’est pas la vitesse, mais la puissance de la machine. Pour une même puissance, la vitesse dépend de la charge et du temps depuis le changement de puissance… ce qui peut donner des instabilités.
- Gain des boules : Δ(position de la tringlerie)/Δω.

Comme dit plus haut, le plus dur est le deuxième gain, qui doit avoir une forme de réponse comme celui d’un RC en électricité :

Ω est la pulsation d’oscillation de l’asservissement (si on considère, par exemple, que l’on joue sur le réglage sinusoïdalement). Et tau est le temps de réponse de la machine et la charge à un changement dans l’alimentation en vapeur.
Si les boules elles même mettent du temps pour changer de position, cela donne un déphasage supplémentaire. Et c’est cela qui peut donner lieu à des instabilités.

Comme vous n‘êtes pas en train d’écrire un traité sur l’asservissement est la stabilité des machines à vapeur, je vous conseille de passer sur silence la réponse dans le temps et imaginer que toutes le réponses sont instantanées.
Au revoir.

[Rachitito]

Merci pour votre réponse c'est plus clair maintenant.
Mon soucis pour le moment étant que je n'ai pas vraiment de système particulier à étudier,
dois-je maintenant trouver un exemple de machine à vapeur pour avoir accès à ces gains ?

[erff]

Bonjour,

Vue la thématique générale, je pense qu'un sujet sur le pb énergétique actuel est vraiment en plein dedans et c'est scientifique.
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Tu peux aborder un thème en rapport avec les réseaux électriques
-> On veut mettre du renouvelable
-> c'est pénible à gérer car c'est intermittent => Il faut des moyens de stockage, mais ça coûte cher, ça pollue etc... comment gérer les pics de surconsommation, les délestages etc...

Tu peux imaginer des scénarios de connexion/déconnexion de sources vus les profils de consommations et les prévisions.
Tu trouveras qques infos là dessus sur le site de RTE.

Après si tu évoques la course au rendement dans les réacteurs, alors tu peux parler de cogénération, tu feras pas mal de thermodynamique.
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Dans la même veine, tu as une étude sur les voiture hybrides.

Comment gérer les échanges d'énergie entre les moteurs thermique et électrique pour optimiser le rendement global ---> Là c'est de la thermo + de l'élec + un peu d'électrochimie (batteries).

Là dessus, je te renvoie vers les "Techniques de l'ingénieur" pour une entrée en matière (+ un tas d'autres articles).
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Good luck

[LPFR]

Re.
Je ne peux pas répondre à votre place. Prendre un cas précis avec des vraies données, risque d’être long et difficile. Je ne sais pas si ça rentre dans le cadre de votre travail.
D’autant plus que la mise en équations risque d’être délicate car la réponse du régulateur à boules n’est pas linéaire
Peut-être qu’il vaudrait mieux de se limiter à expliquer le principe de régulation. Par exemple en expliquant ce qui arrive si un changement dans la charge freine un peu la machine : le régulateur réagit, il ouvre un peu plus la vanne, etc.
A+

[Rachitito]

Merci pour vous réponses,sur ce je vais essayer de creuser un peu plus pour voir ce que je peux faire !

[Ludwig1]

Bonjour,ne souhaitant pas faire un nouveau sujet je poste ici ma question.
En fait maintenant j'essaye de relier le sujet à l'automatisme. Cependant je ne trouve pas d'exercices sur le
net traitant d'un exemple modélisant la régulation d'un système par le régulateur à boules.Je suis tombé sur ce schéma :
Pièce jointe 282981
En fait je vois pas trop quoi mettre dans les schémas blocs ... J'ai déjà trouvé une relation entre la vitesse de rotation de l'arbre
et le déplacement du coulisseau qui m'aiderait alors à trouver une fonction de transfert. J'esperais utiliser scilab et le module xcos
pour simuler le comportement d'un système utilisant le régulateur à boules et étudier sa stabilité/précision/rapidité en voyant comment
la masse des boules ou la longueur des bras les portant pouvait modifier ces paramètres.
Voilà,je ne sais pas si j'ai été assez clair,merci.

Salut,

Wc est une consigne, elle est exprimée Sous forme d'une Position, Une ouverture de Vanne règlable par exemple.
La grandeur d'entrée de la tringlerie est aussi une Position, la Grandeur de sortie de la tringlerie est aussi une Position.
Dans une première aproximation, on peut considérer la tringlerie comme étant un ampli c.a.d. une constante de multiplication.
Dans une aproximation plus fine, c'est un second ordre obtenu au travers des équations de la mécanique.
La Grandeur d'entrée de la vanne est une Position, la Grandeur de sortie est un débit de Vapeur en fonction de la Position, il te faut donc une fonction de transfert pour la vanne. Ton schéma bloc est donc incomplet.
La Grandeur d'entrée de la machine à Vapeur est une Pression c.a.d. un potentiel, la Grandeur de sortie est une vitesse, c.a.d. aussi un potentiel.
La Grandeur d'entrée du régulateur est une vitesse, la Grandeur de sortie est une Position des boules.

Maintenant il faut écrire les équations de la dynamique qui lient les entrées aux sorties.
Pour savoir si t'as juste, en régime établi bouclé, la FT totale doit être égale à 1.

Cordialement

Ludwig