Estimation puissance moteur à courant continu

[yvon l]

Cela ne fonctionnera pas (30W) avec ce montage. Le moteur surchauffera. Un moteur à courant continu alimenté par une tension constante (ici 24 V) doit atteindre rapidement sa vitesse finale (imposé par la tension). Pendant la phase d'accélération il consomme un courant très élevé. Comme les phases d'accélérations entre les tirs sont longues, il ne supportera pas la surchauffe.
Solutions:
1-Choisir un moteur nettement plus puissant (essayé 200 W) pour diminuer les temps d'accélérations. Solution simple, mais pas très élégante. Dans ce cas faisaient des essais et voir si le moteur ne chauffe pas trop (si vous pouvez mettre la main sans vous brûler c'est ok.
2) choisir le 30W et acheter une alimentation 24 V- 30W avec limitation de courant. tu règles le courant à 30/24=1,25A (on court-circuite l'alimentation sur un ampèremètre et on règle sur le 1,25 A.
3) Choisir un moteur brushless avec son alimentation et limiter le courant comme ci-dessus. On trouve de tels moteurs en aéromodélisme (drone) pour pas trop cher.
Attention aussi au calcul du moment d'inertie, la formule que vous avez utilisée est valable pour un cylindre plein ( pour une roue c'est plus faible)
Prendre aussi soin au transfert roue ballon: le contact doit être élastique et le plus long possible, les dérapages occasionnent des pertes d'efficacité et de l'usure

Attention, je vois que vous utilisez 2 moteurs. Vous risquez des vitesses différentes et de donner ainsi de l'effet au ballon ???
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[invite4e835117]

Merci pour tous vos détails
Juste pour revenir au dernier message que vous avez posté avec les calculs.
Pouvez-vous refaire les calculs que vous avez fait car je crois qu'il y a une erreur de calcul je vous l'ai signalé. J'ai essayé de les refaire mais je n'y arrive pas.
C'est enfaite tous ces calculs qui m'intéresse.
Encore un grand merci pour votre aide.

[phys4]

Attention dans vos calculs :
il ne faut pas considérer un transfert d'énergie sans perte des roues au ballon, car le passage rapide sera équivalent à un choc.
Il faut considérer un transfert d'impulsion avec pertes d'énergie.
Donc pour le calcul de la vitesse des roues, il faut prendre ce transfert d'impulsion de sorte que les roues aient la vitesse finale en fin de choc.
Ensuite il faut additionner l'énergie perdue pour chaque passage de ballon, qui est donc plus grande que l'énergie donnée au ballon.

[calculair]

bonjour

ce que j'ai du mal à saisir c'est comment les 2 roues impriment la vitesse de tir au ballon , Il ne me parait pas souhaitable d'emmagasiner de l'énergie dans les roues pour la restituer au ballon, cela limitera le cadencement des tirs

je crois que 1° Evaluer l'énergie cinétique du ballon Eb = 1/2 M V^2 = 1/2 x 1 x 28 x 28 = 392 Joules Arrondi à 400 Joules

Maintenant il faut connaitre le temps que met la machine pour imprimer cette energie au ballon si ce temps est t exprimé en seconde alors la puissance à fournir pour le tir est 400/ t Watts

Selon le processus duntit cette puissance est fournie par le moteur seul ou l'association du moteur est du volant d'inertie représenté par les roues, mais alors leur vitesse chutera durant le tir...

Apres il faur prendre une marge de l'ordre de 30% pour être tranquille ( il ne faut pas oublier l'énergie de deformation du ballon lors du tir et qui n'est pas comptée dans l'énergie cinétique du tir et qu'il faut fournir aussi ) c'est pour cela qu'il faut bien connaitre le processus du tir lui même

j'espère que cela t'éclaire.... enfin il ne faut pas que cela fume si la machine doit faire X tirs par minute.....

[phys4]

je crois que 1° Evaluer l'énergie cinétique du ballon Eb = 1/2 M V^2 = 1/2 x 1 x 28 x 28 = 392 Joules Arrondi à 400 Joules

La masse vaut 0,5, pourquoi n'est elle pas dans la formule ?

J'ai l'impression que la loi de conservation de l'impulsion a disparue de la physique ?

[calculair]

J'ai cru comprendre que la masse du ballon est de 1 kg

La masse vaut 0,5, pourquoi n'est elle pas dans la formule ?

J'ai l'impression que la loi de conservation de l'impulsion a disparue de la physique ?

[calculair]

Si la roue de lancement tourne à 2000 T/mn ou 33,3 T/S disons 35 T/s

En supposant que le ballon soit lancé sur un angle de 36 ° le temps de mise en vitesse du ballon est 36 / (360 x 35) = 1 /(10 x35 ) = 1/350 s

Il faut fournir 200 J ( ballon 0,5 kg ) , alors la puissance nécessaire durant ce temps est 200 * 350 = 70 kW

Cette energie peut être donnée par le moteur ( peut être aussi par un volant , mais il faudra tenir compte de la perte d'énergie durant le tir )

J'ai cru comprendre que la masse du ballon est de 1 kg

[calculair]

La roue fair 0,13 cm de rayon et de masse 1 kg

En supposant la masse qui repartie so inertie J = 1/2 m R^2 = 0,5 x 1 x 0,13 x 0,13 = 0,008 kgm2

En supposant sa vitesse à 35 t / = > W = 6,28 x 35 = 220 rd/s

L'energie emmagasinée dans la roue est 1/2 J w^2 = 0,5 x 0,008 x 3220 x 220 =193 J


Si on veut profiter d'une partie de cette energie dans le lancement du ballon, le calcul est plus compliqué et il faudra faire tourner les roues plus vite pour disposer d'une vitesse de tir suffisante en fin de prise de vitesse.

[yvon l]

Synthèse*:

La masse vaut 0,5, pourquoi n'est elle pas dans la formule ?

J'ai l'impression que la loi de conservation de l'impulsion a disparue de la physique ?

...
Si je prends 30m/sec, pour un ballon de masse 0,5Kg*: W= 0,5*30²= 450J
pour 1 ballon toute les 5 secondes*: P=450 *1/5=90W
Si on estime un rendement de 0,5*: Puissance nominale Pn=90/0,5=180W

Effectivement, le 1/2 a disparu dans l’exemple donc 225 J

Il serait bon également d'estimer le moment d'inertie de l'ensemble tournant et éventuellement augmenter celui-ci. Cet ensemble devrait accumuler une énergie propre de par exemple 4 à 5 fois l'énergie nécessaire au tir (dans l'exemple 4 a 5 fois 450j) si on veut éviter une trop grande variation de vitesse.

A corriger également

Attention dans vos calculs :
il ne faut pas considérer un transfert d'énergie sans perte des roues au ballon, car le passage rapide sera équivalent à un choc.
Il faut considérer un transfert d'impulsion avec pertes d'énergie.
Donc pour le calcul de la vitesse des roues, il faut prendre ce transfert d'impulsion de sorte que les roues aient la vitesse finale en fin de choc.
Ensuite il faut additionner l'énergie perdue pour chaque passage de ballon, qui est donc plus grande que l'énergie donnée au ballon.

Erreur de ma part W=1/2J omega² = energie cinétique de rotation (1/2 mv² si translation)
W=1/2*0,0085*370²= 580 j pour une roue, donc 1150 pour les 2 roues.
Si le transfert était parfait après le tir on prélève 450J aux roues soit 1160-450= 710 j
La vitesse de la roue passerait donc à la fin du tir à : 710= 1/2*0,00845*omega²*2 (*2 car 2 roues)
Vitesse angulaire= racine(710/0,00845)= 290rd/s (à comparer avec les 370 rd/s au départ du tir.
Un volant d'inertie est une roue que l'on ajoute pour augmenter le moment d'inertie . On peut aussi augmenter le volume (la masse) des roues.
Pour la vitesse du ballon, difficile à estimer à cause du transfert élastique d'énergie entre roue et ballon (méthode de transfert avec un minimum de frottement (frottement = perte d'énergie sous forme de chaleur)).

a corriger également

Il serait bon également d'estimer le moment d'inertie de l'ensemble tournant et éventuellement augmenter celui-ci. Cet ensemble devrait accumuler une énergie propre de par exemple 4 à 5 fois l'énergie nécessaire au tir (dans l'exemple 4 a 5 fois 450j) si on veut éviter une trop grande variation de vitesse.

...
Il faut fournir 200 J ( ballon 0,5 kg ) , alors la puissance nécessaire durant ce temps est 200 * 350 = 70 kW

Et oui, le temps du transfert est faible, mais cette puissance n’apporte rien à nos calcul. La puissance lors d’un tir d’une balle par un fusil a une puissance considérable alors que l’énergie cinétique de la balle est de l’ordre du joule.
D’où la nécessité d’un volant d’inertie suffisant

...
ce que j'ai du mal à saisir c'est comment les 2 roues impriment la vitesse de tir au ballon , Il ne me parait pas souhaitable d'emmagasiner de l'énergie dans les roues pour la restituer au ballon, cela limitera le cadencement des tirs

Et comment voulez-vous faire… Utiliser un balancier avec une masse pour accumuler l’énergie , le moteur servirait à le remonter. Le transfert élastique avec le ballon pauserait moins de problèmes et la remontée de la masse à vitesse constante moins de problème pour le choix du moteur.

...
Apres il faur prendre une marge de l'ordre de 30% pour être tranquille ( il ne faut pas oublier l'énergie de deformation du ballon lors du tir et qui n'est pas comptée dans l'énergie cinétique du tir et qu'il faut fournir aussi ) c'est pour cela qu'il faut bien connaitre le processus du tir lui même
.

La déformation fait partie du processus de transfert. Attention à un ballon dégonflé ...
30%… Dans mes calculs j’ai doublé la puissance théorique pour trouver la puissance du moteur

[phys4]

Puisque cela parait si difficile, voici le raisonnement et le calcul complet :
Un ballon de 0,5 kg doit être lancé à 100 km/h lors d'un choc avec les roues, car le temps de contact très court et équivalent à un choc.
L'impulsion à fournir au ballon vaut P = 0,5*27,777 = 13,888 kg*m/s
Pour fournir cette impulsion les roues doivent ralentir de

pour un moment total de 2*0,00845 = 0,0169 kg*m²

La vitesse de rotation finale doit être de 213,6 rad/s, donc la vitesse de rotation initiale sera avant le choc sera de 213,6 + 106,83 = 320,49 rad/s
Nous pouvons alors calculer l'énergie perdue :
Energie initiale = 867,93 J ( ) et énergie finale = 385,78

Il y a donc une récupération d'énergie de 482 J à prévoir en 30 secondes soit 241 J sur chaque moteur.
Nous pouvons aussi obtenir le rendement du choc 200/482 = 41%

[invite4e835117]

Un énorme MERCI pour vous tous yvon phys4 et calculair
Est ce que vous pouvez confirmer le calcul de phys4 ?
Je pense que votre raisonnement est correcte mais aussi celui de yvon.
Dans l'attente de vos réponses
Encore un énorme merci pour toutes vos réponses

[invite4e835117]

Juste phys4 maintenant chaque doit fournir une récupération de 241 J mais comment calculer la puissance à partir de cela ?

[phys4]

Il faut récupérer cette énergie entre deux lancements de ballon,vous avez donc 30 secondes.
La moyenne sera donc de moins de 10W par moteur.
il faut tenir compte du changement de régime, puisque la vitesse nominale doit être de 320,5 rad/s = 3060 tours/min
les roues perdant un tiers de cette vitesse à chaque passage de ballon.

Avec la puissance d'entretien, vous aurez probablement besoin de 20 à 25 W par moteur pour compenser les frottements. A affiner suivant les caractéristiques.

[invite4e835117]

Je vous remercie tous infiniment pour vos réponses qui me sauve la vie car ça fait des jours et des jours que je cherche sur internet mais sans réponse.
J'attends juste que yvon et calculair confirment ce que vous avez fait.
Encore un grand merci à vous.
Jérémy

[invite4e835117]

Puisque cela parait si difficile, voici le raisonnement et le calcul complet :
Un ballon de 0,5 kg doit être lancé à 100 km/h lors d'un choc avec les roues, car le temps de contact très court et équivalent à un choc.
L'impulsion à fournir au ballon vaut P = 0,5*27,777 = 13,888 kg*m/s
Pour fournir cette impulsion les roues doivent ralentir de

pour un moment total de 2*0,00845 = 0,0169 kg*m²

La vitesse de rotation finale doit être de 213,6 rad/s, donc la vitesse de rotation initiale sera avant le choc sera de 213,6 + 106,83 = 320,49 rad/s
Nous pouvons alors calculer l'énergie perdue :
Energie initiale = 867,93 J ( ) et énergie finale = 385,78

Il y a donc une récupération d'énergie de 482 J à prévoir en 30 secondes soit 241 J sur chaque moteur.
Nous pouvons aussi obtenir le rendement du choc 200/482 = 41%

Je viens de m'apercevoir que vous avez fait une erreur de calcul
Pour un ballon de 0.5kg J=0.004225 et Non J=0.00845
Donc moment total J=2*0.004225 = 0.00845

[invite4e835117]

Et d'ou vient le 200 du rendement svp

[yvon l]

Puisque cela parait si difficile, voici le raisonnement et le calcul complet :
Un ballon de 0,5 kg doit être lancé à 100 km/h lors d'un choc avec les roues, car le temps de contact très court et équivalent à un choc.
L'impulsion à fournir au ballon vaut P = 0,5*27,777 = 13,888 kg*m/s
Pour fournir cette impulsion les roues doivent ralentir de

pour un moment total de 2*0,00845 = 0,0169 kg*m²

La vitesse de rotation finale doit être de 213,6 rad/s, donc la vitesse de rotation initiale sera avant le choc sera de 213,6 + 106,83 = 320,49 rad/s
Nous pouvons alors calculer l'énergie perdue :
Energie initiale = 867,93 J ( ) et énergie finale = 385,78

Il y a donc une récupération d'énergie de 482 J à prévoir en 30 secondes soit 241 J sur chaque moteur.
Nous pouvons aussi obtenir le rendement du choc 200/482 = 41%

Je suis dubitatif quand vous prenez dans le cas qui nous occupe uniquement la variation d'impulsion =0 comme méthode de calcul. Puis de dire qu'une partie de l'énergie est perdue (ou alors vous parlez d'énergie non transférée ?). Pourtant dans un transfert purement élastique je pense qu'il n'y a pas de pertes à prendre en compte.
Si pour faire simple, je prends la collision élastique entre une masse mobile et une masse fixe, je m'assurerais à la fois, qu'après la collision les 2 masses prennent des vitesses telle que l'énergie et l'impulsion sont conservées, soit:
Si M1 est la masse mobile et M2 la masse fixe (au départ) et V la vitesse initiale de M1 on aura:
1/2M1V² +0 =1/2M1V1²+1/2 M1V2² (1)
M1V+0=M1V1+M2V2 (2)
Dans le cas particulier ou M1=M2
après choc V1=0 et V2=V solutionnent (1) et (2)
Qualité du choc: 100%
Voilà, qu'en pensez-vous ?

[invite4e835117]

Aidez-moi svp je suis perdu je comprends plus rien. Quel démarche faut-il choisir ?

[phys4]

Dans le cas particulier ou M1=M2
après choc V1=0 et V2=V solutionnent (1) et (2)
Qualité du choc: 100%
Voilà, qu'en pensez-vous ?

Vous pouvez trouver des cas particuliers de conservation de l'impulsion et de l'énergie, mais ce n'est pas le cas général pour un choc. Et il s'agit ici d'un effet de choc, car les moteurs ne peuvent transmettre instantanément la puissance à vitesse constante des roues.
Il faut donc utiliser l'inertie des roues pour acquérir la vitesse de sortie d'une manière quasi instantanée. La conservation de l'impulsion est la loi prioritaire, si les deux ne peuvent être assurées simultanément.
En plus ici, elle fournit une solution complète.

[invite4e835117]

Ok merci de votre réponse juste j'ai deux questions pour phys4
Vous dites "Nous pouvons aussi obtenir le rendement du choc 200/482 = 41%"
D'où viens le 200 ?

"les roues perdant un tiers de cette vitesse à chaque passage de ballon"
Comment vous le savez ? Calcul ?

[yvon l]

Aidez-moi svp je suis perdu je comprends plus rien. Quel démarche faut-il choisir ?

En attendant, c'est le message #31 qui est le plus important pour le choix du moteur. C'est vraiment particulier de faire fonctionner un moteur à vitesse variable sans précaution . Quand on alimente un moteur courant continu avec une tension fixe (24V par exemple), le moteur fonctionnera correctement quand il atteindra la vitesse nominale correspondant à cette tension. Pendant la phase d'accélération (phase de démarrage), sa consommation (le courant) est très grande. A cette consommation correspond un échauffement du moteur qui peut amener à une surchauffe fatale si cette phase d'accélération est trop longue. C'est le cas ici après un tir car le moteur restera en phase d'accélération pratiquement pendant 30 s.
Pour éviter cela voir #31

[yvon l]

Vous pouvez trouver des cas particuliers de conservation de l'impulsion et de l'énergie, mais ce n'est pas le cas général pour un choc. Et il s'agit ici d'un effet de choc, car les moteurs ne peuvent transmettre instantanément la puissance à vitesse constante des roues.
Il faut donc utiliser l'inertie des roues pour acquérir la vitesse de sortie d'une manière quasi instantanée. La conservation de l'impulsion est la loi prioritaire, si les deux ne peuvent être assurées simultanément.
En plus ici, elle fournit une solution complète.

Mais vous avez besoin si je comprends bien de 2 équations pour connaitre les 2 vitesses après le choc : donc de l'énergie.
On retrouve le même type de problème en électricité avec un condensateur lorsqu'on place en parallèle 2 condensateurs
W=1/2 CU² et Q=CU
Ici c'est Q=CU qui l'emporte et une partie de l'énergie est perdue en chaleur. cette dernière RI² ne dépend pas de R (I atteint l'infini si R tend vers 0).
Dans le cas de la mécanique on aurait le même phénomène énergétique si on s'en tient aux pertes.
Par contre l'énergie transférée par élasticité change à mon avis la comparaison en introduisant un transfert cinétique/potentiel qui correspond une oscillation plutôt qu'à une dissipation. C'est un peu comme introduire une inductance dans le circuit électrique des 2 condensateurs.
C'est aussi cette élasticité qui fait que le transfert prend un certain temps
Qu'en pensez-vous ?

[invite4e835117]

Ok merci pour votre réponse.
Je vais programmer le distributeur pour que quand le moteur atteint sa vitesse de croisière le distributeur envoie le ballon puis les moteurs s'arrête comme ça plus de problème.
Qu'en pensez vous ?

[phys4]

La vitesse de croisière pour que les ballons atteignent la vitesse est celle qui a été indiquée = 3060 tours/min

Entre les séries d'envoi de ballon, vous faites comme vous voulez, de même pour la relance des roues après envoi. Cela peut se faire plus ou moins vite.

[invite4e835117]

Oui c'est ça
Ok merci pour l'info
Je vais réduire le temps car comme ça les moteurs ne chaufferons pas.
Bonne soirée

[phys4]

Un détail important, le passage d'une balle provoquera une chute de 1000t/min en quelques millisecondes.

Les moteurs risquent de ne pas aimer, avez vu prévu une liaison par ressort pour amortir le choc sur les axes.
Leur inertie n'est pas indispensable au lancement, puisqu'elle n'est pas comptée.

[phys4]

Je viens de voir que j'avais passé des petites questions :

Je viens de m'apercevoir que vous avez fait une erreur de calcul
Pour un ballon de 0.5kg J=0.004225 et Non J=0.00845
Donc moment total J=2*0.004225 = 0.00845

Les moments d'inertie proviennent des roues et non du ballon, et le calcul n'est pas de moi.
Le moment d'inertie du ballon n'est pas utilisé, car il n'est pas sensé tourner sur lui-même.

Et d'ou vient le 200 du rendement svp

Les 200 J utiles c'est l'énergie du ballon à 100 km/h

[yvon l]

Oui c'est ça
Ok merci pour l'info
Je vais réduire le temps car comme ça les moteurs ne chaufferons pas.
Bonne soirée

Ceci est possible si vous utilisez un moteur plus puissant.
Si maintenant on sort du cadre des moteurs, je vous déconseille la fabrication d’un tel système qui s’avère pour moi dangereux.
D’une part l’énergie cinétique à accumuler dans les 2 roues est importante ce qui demande un axe costaud, une transmission pouvant supporter le choc et un bon équilibrage des roues.
D’autre part, le choc au moment du tir est important. Si l’appareil complet n’a pas une masse très importante et est mal arrimé au sol, vous risquez, 2 lancés simultanés, celui du ballon et dans une moindre mesure celui de l’appareil proprement dit.
Pourquoi ne pas envisager d’autres méthodes:
-utiliser un ressort (type partie ressort d’un amortisseur de voiture)
-Utiliser un système type trébuchet qui accumule de l’énergie potentielle gravitationnelle.

[yvon l]

La conservation de l'impulsion est la loi prioritaire, si les deux ne peuvent être assurées simultanément.
En plus ici, elle fournit une solution complète.

C’est une affirmation, qui dans le cas particulier d’un ballon aboutit à admettre une perte d’énergie (chaleur) trop grande.
Je ferais un tel calcul dans le cas d’un choc entre 2 masses disons infiniment rigide.
Dans ce cas particulier le temps de choc tend vers 0, et la puissance du choc temps vers l’infini. Dans ces conditions, pour moi il est difficile de parler de choc élastique, car en théorie un transfert d’énergie dit élastique suppose une perte sous forme de chaleur nulle.
Par contre, ici dans le cas d’un ballon correctement gonflé, en première approximation on peut parler de choc élastique (donc en 1re approximation sans perte d’énergie). L’air dans le ballon va subir une compression puis une détente. Lors de ce phénomène (pas tout à fait adiabatique) on aura une relativement faible production d’entropie.
Donc pour moi dans ce cas on n’est pas dans le cadre de la conservation de l’impulsion.
La conservation de l’énergie sans perte est mieux adaptée pour autant qu’on prévoit un rendement (difficile à estimer l’énergie calorifique produite), ce que j’avais fait

[invite4e835117]

Ok merci mais d'après vos calculs vous avez trouvé 867,93 J et non 200