Différences entre les pages « Moteur électrique à balais » et « Sonnette électro-mécanique »

Version du 29 novembre 2019 à 15:54

On va fabriquer une sonnette électrique, ancien modèle, celle des tireurs de sonnette de Doineau.

Auteur Occitan | Dernière modification 26/01/2021 par Occitan

Difficulté

Technique

Durée

8 heure(s)

Disciplines scientifiques

Electricité, Physique

On va fabriquer une sonnette électrique, ancien modèle, celle des tireurs de sonnette de Doineau.

Difficulté

Technique

Durée

8 heure(s)

Disciplines scientifiques

Electricité, Physique

Licence : Attribution (CC-BY)

Sonnette_lectro-m_canique_P1010101_.JPG

Étape 1 - Constitution de la sonnette

La photo 1 présente l'ensemble des pièces:

- une planchette support

- un fléau

- un contact

- un électro-aimant

- un verre qui sert de timbre

- le support du verre

Deux éléments sont essentiels:

- L' électro-aimant (photo 2) est constitué par des spires de fil émaillé enroulées sur un noyau de fer doux (clou ordinaire). L'ensemble est tenu par un domino d'électricien à 3 contacts. Le contact central est relié au clou et des deux autres contacts sont reliés aux extrémités du fil émaillé.

- Le fléau (photo 3) est constitué par une partie élastique (corde à piano) et par une partie massive. L'ensemble constitue un pendule élastique. Des dominos d'électricien servent à retenir l'ensemble.

Sonnette lectro-m canique P1010089 3.JPG

Sonnette lectro-m canique P1010089 2.JPG

Étape 2 - Fonctionnement

Le fléau et l'électro-aimant sont montés sur la planchette support (photo 1 et 2).

Sur ces photos 1 et 2 on teste le fonctionnement de l'électro-aimant:

- Photo 1, l'alimentation électrique n'est pas branchée et on note que'il y a un espace entre le clou et le fléau.

- Photo 2, l'électro-aimant est alimenté et on observe que le fléau est attiré par le clou aimanté et se colle sur lui.

Dés que le courant est coupé, le clou n'attire plus le fléau qui revient à sa place sous l'effet de la partie ressort du fléau. Il y a à nouveau un espace entre le clou et le fléau.

Si on plaçait le verre sur son support comme sur la figure 4, celui-ci tinterait à chaque fois que le clou attire le fléau, heurté par la partie massive du fléau.

Si on s'arrête là, notre sonnette a peu d'intérêt car il faut l'entretenir manuellement...

C'est le moment de rajouter un contact sur le fléau et de réaliser le circuit de la photo 3. Ce circuit va faire automatiquement ce que l'on faisait manuellement: alimenter l'électro-aimant puis couper le courant...etc

Son fonctionnement est facile à comprendre avec les explications précédentes

- quand le fléau est relâché, l'électro-aimant est à nouveau alimenté et le fléau repartvers le verre

- Dès que le fléau repart, l'électro-aimant n'est plus alimenté et le fléau revient

Avec ce circuit, on a fabriqué un système auto-entretenu qui ne s'arrête que lorsqu'on débranche la pile.

Étape 3 - Quelques points particuliers

Qu'est-ce qui détermine la fréquence du fléau ?

Qu'est-ce qui détermine le timbre à chaque frappe du marteau ?

Étape 4 - Un peu de culture

Je n'ai pas pu résister à mettre cette photo de Robert Doisneau qui date de 1934.

On y voit une bande d'écoliers taquins qui appuient sur le bouton d'une sonnette et partent ensuite rapidement pour se cacher....

Et à l'autre bout, dans un appartement, retentit probablement une sonnette tout à fait semblable à celle que nous avons réalisée.... Une sonnette bien électro-mécanique, sans électronique, sans informatique....

Dernière modification 26/01/2021 par user:Occitan.

Commentaires

Published

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 {{Tuto Details
-|Main_Picture=Moteur_lectrique_balais_P1010369_.JPG
+|Main_Picture=Sonnette_lectro-m_canique_P1010101_.JPG
 |Licences=Attribution (CC-BY)
-|Description=Dans cette activité, on va fabriquer un petit moteur électrique bien classique, avec balais et collecteur. C'est sans danger car il est alimenté par une pile de 4,5 V.
+|Description=On va fabriquer une sonnette électrique, ancien modèle, celle des tireurs de sonnette de Doineau.
 |Disciplines scientifiques=Electricity, Physics
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-|Duration=4
+|Duration=8
 |Duration-type=hour(s)
 }}
@@ Ligne 11 : / Ligne 11 : @@
 {{Materials}}
 {{Tuto Step
-|Step_Title=Les différents constituants
+|Step_Title=Constitution de la sonnette
-|Step_Content='''La partie tournante ou rotor'''
+|Step_Content=La photo 1 présente l'ensemble des pièces:
-Cette partie est constituée par un électro-aimant bobiné sur un clou en fer doux.
+- une planchette support
-Les deux extrémités du fil émaillé sont reliées chacune à une demi-coquille conductrice. Ces deux demi-coquilles constituent le collecteur qui assure le passage du courant dans la bobine pendant la rotation du rotor.
+- un fléau
-L'électro-aimant est fixé perpendiculairement à l'axe de rotation constitué par une paille pour boissons. Aux extrémités de la paille sont fixés deux petits axes métalliques.
+- un contact
+- un électro-aimant
-'''La partie fixe ou stator'''
+- un verre qui sert de timbre
-Cette partie est celle qui supporte
+- le support du verre
--  le rotor
-- les deux aimants.
+Deux éléments sont essentiels:
-- les deux balais qui frottent sur les collecteurs
-A la base, il y a une planchette sur laquelle sont fixés des dominos d'électricien.
+- L' électro-aimant (photo 2) est constitué par des spires de fil émaillé enroulées sur un noyau de fer doux (clou ordinaire). L'ensemble est tenu par un domino d'électricien à 3 contacts. Le contact central est relié au clou et des deux autres contacts sont reliés aux extrémités du fil émaillé.
-Deux dominos supportent les deux aimants. Deux autres encore supportent les paliers qui permettent la rotation du rotor. Enfin, deux derniers supportent les balais constitués par deux fils conducteurs élastiques.
+- Le fléau (photo 3) est constitué par une partie élastique (corde à piano) et par une partie massive. L'ensemble constitue un pendule élastique. Des dominos d'électricien servent à retenir l'ensemble.
-Chacun des deux balais est relié aux bornes d'une pile 4,5 V par deux fils de cuivre. Notre moteur est prêt à fonctionner.
 <br />
-|Step_Picture_00=Moteur_lectrique_balais_P1010385_.JPG
+|Step_Picture_00=Sonnette_lectro-m_canique_P1010358_.JPG
-|Step_Picture_01=Moteur_lectrique_balais_P1010378_.JPG
+|Step_Picture_01=Sonnette_lectro-m_canique_P1010089_3.JPG
-|Step_Picture_02=Moteur_lectrique_balais_P1010379_.JPG
+|Step_Picture_02=Sonnette_lectro-m_canique_P1010089_2.JPG
-|Step_Picture_03=Moteur_lectrique_balais_P1010371_1.JPG
-|Step_Picture_04=Moteur_lectrique_balais_P1010362_.JPG
 }}
 {{Tuto Step
-|Step_Title=Fonctionnement du moteur (1 / 2)
+|Step_Title=Fonctionnement
-|Step_Content=D'abord, les deux aimants fixes du stator sont disposés comme représenté sur la figure, avec des faces Sud et Nord se faisant face.
+|Step_Content=Le fléau et l'électro-aimant sont montés sur la planchette support (photo 1 et 2).
+Sur ces photos 1 et 2 on teste le fonctionnement de l'électro-aimant:
+- Photo 1, l'alimentation électrique n'est pas branchée et on note que'il y a un espace entre le clou et le fléau.
-Dans un premier temps, supposons que nous mettions un aimant tournant à la place de l'électro-aimant du rotor, avec le pôle SUD tourné vers le haut (étape 1).
+- Photo 2, l'électro-aimant est alimenté et on observe que le fléau est attiré par le clou aimanté et se colle sur lui.
-Si nous abandonnons cet aimant à lui-même, il va se mettre à tourner naturellement pour atteindre l'étape 2, car les pôles opposés des aimants s'attirent. Puis il va continuer sa course vers l'étape 3. Et là, il sera à sa position d'équilibre car alors les pôles opposés des aimants seront au plus près. Il va donc s'immobiliser à cette position, après quelques oscillations dues à l'inertie du rotor.
+Dés que le courant est coupé, le clou n'attire plus le fléau qui revient à sa place sous l'effet de la partie ressort du fléau. Il y a à nouveau un espace entre le clou et le fléau.
-Pour pouvoir continuer sa course, il aurait fallu qu'à l'étape 3, les deux pôles de l'aimant tournant changent de sens (sud devient nord et nord devient sud), ce qui est impossible.
+Si on plaçait le verre sur son support comme sur la figure 4,  celui-ci tinterait à chaque fois que le clou attire le fléau, heurté par la partie massive du fléau.
-Par contre, si on remplace l'aimant par un électro-aimant, ce tour de magie devient possible !
+Si on s'arrête là, notre sonnette a peu d'intérêt car il faut l'entretenir manuellement...
-|Step_Picture_00=Moteur_lectrique_balais_fonctionnement_moteur_1.jpg
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Fonctionnement du moteur (2 / 2)
-|Step_Content=Un électro-aimant en effet est un aimant dont l'aimantation dépend du sens du courant dans la bobine. En inversant le sens du courant, on change le pôle nord en pôle sud et vice versa.
+C'est le moment de rajouter un contact sur le fléau et de réaliser le circuit de la photo 3. Ce circuit va faire automatiquement ce que l'on faisait manuellement:  alimenter l'électro-aimant puis couper le courant...etc
-Pour expliquer ce qui se passe, on a représenté l'électro-aimant, les collecteurs et les balais, à 4 étapes de la la rotation. On suppose que les aimants du stator non représentés sont toujours disposés de le même façon.
+Son fonctionnement est facile à comprendre avec les explications précédentes
+- quand le fléau est relâché, l'électro-aimant est à nouveau alimenté et le fléau repartvers le verre
-- A l'étape 1, le sens du courant (flèches rouges) est tel que l'on a un pôle sud tourné vers le haut.
+- Dès que le fléau repart, l'électro-aimant n'est plus alimenté et le fléau revient
-- A l'étape 2, juste avant la position horizontale, le courant est toujours dans le même sens et les pôles du rotor n'ont pas changé , continuant à attirer les pôles des aimants fixes du stator.
-- A l'étape 3,  juste après la position horizontale, on voit que le sens du courant s'inverse dans l'électro-aimant, ce qui provoque le changement du pôle Nord en pôle Sud. Avec cette nouvelle configuration, le rotor continue à tourner dans le même sens.
+Avec ce circuit, on a fabriqué un '''système auto-entretenu''' qui ne s'arrête que lorsqu'on débranche la pile.
-- A l'étape 4, on se retrouve exactement dans la même configuration qu'à l'étape 1...et le cycle recommence indéfiniment !
+<br />
-|Step_Picture_00=Moteur_lectrique_balais_fonctionnement_moteur_2.jpg
+|Step_Picture_00=Sonnette_lectro-m_canique_P1010093_.JPG
+|Step_Picture_01=Sonnette_lectro-m_canique_P1010094_.JPG
+|Step_Picture_02=Sonnette_lectro-m_canique_P1010099_.JPG
+|Step_Picture_03=Sonnette_lectro-m_canique_P1010101_.JPG
 }}
 {{Tuto Step
 |Step_Title=Quelques points particuliers
-|Step_Content='''Les balais élastiques'''
+|Step_Content=Qu'est-ce qui détermine la fréquence du fléau ?
-Comme ils doivent frotter en permanence sur le collecteur, il est nécessaire qu'ils se comportent comme un ressort qui exerce une pression sur les bagues du collecteur. Pour cela, l'idéal est d'utiliser un fil d'acier écroui (traité en surface) qui présente justement cet effet ressort. On trouve ce fil dans le commerce, en magasin de bricolage, sous le nom de corde à piano.
-'''La bobine du rotor'''
+Qu'est-ce qui détermine le timbre à chaque frappe du marteau ?
+}}
-Elle est constituée par un noyau de fer doux sur lequel sont bobinées des spires de fil de cuivre émaillé (on peut trouver ce type de fil dans de vieux moteurs ou transformateurs).  Il n'est pas utile d'avoir un nombre de spires précis. Les photos donnent une idée du nombre de ces spires. Par contre, il est très important de bobiner les deux côtés du rotor toujours dans le même sens, sous peine de fabriquer un électro-aimant à champ magnétique nul...
+{{Tuto Step
+|Step_Title=Un peu de culture
-Le noyau de fer doux est un simple clou ordinaire. Le fer doux a une teneur en carbone plus faible que celle de l'acier. Pour nous, il a surtout la propriété de ne pas conserver d'aimantation. Rappelons nous que son champ magnétique s'inverse à chaque demi-tour.
+|Step_Content=Je n'ai pas pu résister à mettre cette photo de Robert Doisneau qui date de 1934.
-'''Bagues du collecteur'''
+On y voit une bande d'écoliers taquins qui appuient sur le bouton d'une sonnette et partent ensuite rapidement pour se cacher....
--Les deux bagues du collecteur sont fabriquées à partir d'un tube en laiton acheté en magasin de bricolage. Elles sont tenues serrées sur l'axe par une bague réalisée avec une roue dentée en plastique percée au bon diamètre (ces roues font partie du kit motoréducteur Opitec). Les extrémités des fils émaillés du rotor sont dénudées et coincées sous les bagues du collecteur. Ce coincement assure la conduction électrique.
-- Il faut également noter la position particulière des bagues par rapport à l'électro-aimant: les 2 espaces entre les bagues sont alignés avec le noyau de l'électro-aimant.
+Et à l'autre bout, dans un appartement, retentit probablement une sonnette tout à fait semblable à celle que nous avons réalisée.... Une sonnette bien électro-mécanique, sans électronique, sans informatique....
-'''Démarrage du moteur'''
-Lorsque le moteur n'est pas alimenté, le rotor a une position stable à l'horizontale. Dans cette position en effet les aimants du stator attirent le noyau en fer doux de l'électro-aimant. Mais à cette position, les deux bagues assurent un mauvais contact avec les balais....
-C'est pour cela qu'il vaut mieux démarrer le moteur avec la bobine du rotor placée verticalement. A ce moment le contact avec les balais est optimal. De plus, il n'y a plus la force d'attraction entre le noyau de fer doux et les aimants. Dans ces conditions, le moteur démarre sans être lancé, dès que l'on branche la pile.
-Nota:
-On aurait pu placer les bagues du collecteur de façon à avoir un bon contact quand le rotor est à l'horizontale. Mais alors, au démarrage, le courant doit être suffisant pour annuler l'attraction entre aimants et fer doux, ce qui n'est pas évident...
 <br />
-}}
+|Step_Picture_00=Sonnette__lectro-m_canique_Doisneau.jpg
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Quelques liens sur les moteurs électriques
-|Step_Content=Le même principe de moteur, mais avec une simplification au niveau du collecteur et des balais:
-http://phymain.unisciel.fr/le-plus-simple-des-moteurs-electriques/
-Un principe de moteur cette fois très minimaliste, basé directement sur la force de Laplace:
-http://phymain.unisciel.fr/le-moteur-homopolaire/
 }}
 {{Notes}}