COURANT ALTERNATIF

le courant alternatif est un courant périodique , en général sinusoïdal, qui change de sens 2 fois par période . il est caractérise par sa tension de crête et par sa fréquence en Hertz (Hz) qui est le nombre d’alternance de sens par seconde . en France cette fréquence est de 50 Hz, en Amérique du nord de 60Hz.

l’avantage principal du courant alternatif par rapport au courant continu, c’est qu’il peut voir ses caractéristiques (tension et intensité) modifiées par un transformateur à enroulements.

en France on utilise couramment 2 systèmes de courant alternatif , le 230 volts monophasé et le 400 Volts triphasé. comme nous allons le voir plus bas , en fait les centrales électrique produisent a la base du courant triphasé 230V et ensuite on ne garde que la composante d’une phase pour alimenter le circuit electrique en 230 V monophasé .

400 V triphasé

c’est le courant de base produit par les centrales électriques ( nucléaire, barrage , éoliennes). il est composé de 3 courants sinusoïdaux de même fréquence et de même amplitude de tension efficace à 230 volts qui sont déphasés entre eux d’1/3 de tour soit 120° soit 3 radians.

Du fait du déphasage de 120°, un réseau dont la tension efficace entre phase et neutre est de 230 V aura une tension composée efficace entre phases de :

d’ou l’appelation de reseau 400V triphasé . mais si l’on regarde comment se présentent les amplitudes relatives entre phases et entre phase et neutre au niveau des différents câbles du réseau 400 V tri , on a le schéma ci dessous.

230 V monophasé:

une fois intégré le schéma ci dessus , on comprends immédiatement comment est réalisée l’alimentation 230 V monophasée d’une maison , le réseau extérieur est distribué en 400V tri et une phase seule avec un câble de neutre est tirée depuis le réseau vers le tableau de distribution électrique de la maison .

certaines habitations sont alimentées en triphasé jusqu’au tableau de distribution puis c’est au niveau du tableau de distribution que ce fait ensuite la séparation des phases pour tirer les différentes “antennes 230V” comprenant une phase , le neutre et un câble de terre qui est tiré depuis un pieux en cuivre planté dans le sol quelque part dans le sous sol de la maison.

LA RÉSISTANCE

comme son nom l’indique, la résistance est un composant dont la fonction est de limiter le courant dans un circuit.

dans un schéma électronique elle est symbolisée de 2 façons:

l’unité de mesure d’une résistance est l’ Ohm et son symbole l’oméga grec:

LOI D’Ohm: la résistance électrique participe a l’une des loi fondamentale de électricité ,la loi d’Ohm:

ou U est en Volts, R en Ohms et I en Ampères.

règle de calcul sur les résistances en série

pont diviseur de tension avec 2 résistances en série

règle de calcul sur les résistances en parallèle

Code couleur des résistances: les résistance électroniques comporte des anneaux de couleur peint sur le diamètre extérieur. ces couleurs permettent de connaitre les caractéristiques de la résistance:

Séries normalisées de résistances: les résistance sont généralement vendues en pack de séries de résistances, si dessous les plus courants :

LA LED

la LED (Light Emitting Diode) ou DEL (Diode ElectroLuminescente) , est une categorie de diode qui émet de la lumière quand elle est parcourue par du courant.

comme toutes les diodes , elle ne laisse passer le courant que dans un sens. il existe différents type de LED , différentes couleurs , des LED RGB ( Red Green Blues) , des LED infrarouges .

le symbole de la LED sur les schémas électroniques est le suivant:

ici nous ne développons que les generalitées liées à la LED classique

de façon visuelle pour savoir ou est l’Anode et ou est la cathode sur une LED, voici un petit schéma de synthèse:

la LED dans un circuit électronique:

dans un montage électrique , la LED a un sens lié a sa polarisation ( + -) , donc si montée a l’envers, elle grille. d’autre part, l’intensité lumineuse délivrée dépendra du courant la traversant . pour limiter ce courant , on lui adjoint une résistance électrique de régulation car si le courant dépasse les limites , la diode grille.

calcul de la résistance :

le courant traversant la diode doit être limité a 20 mA , en vertu de la loi d’ohm:

en retournant la formule on a: R = V/I suivant les differentes utilisation, on peut donc maintenant calculer la resistance de limitation de courant:

avec ARDUINO (5V) : R = 5 / 0,02 = 250 Ω , en pratique on utilise une 220 Ω standard

avec RPI (3,3V): R = 3,3 / 0,02 = 165 Ω soit une resistance standard de 180 Ω

LE RELAIS

c’est un organe électromécanique permettant d’ouvrir ou fermer un circuit de puissance. il comporte une partie commande électromagnétique qui bascule un interrupteur a contact.

il en existe pour toutes les tensions de commande et pour toutes les puissances commandées. leur taille va du petit relai a souder sur carte electronique au relai de puissance que l’on trouve dans les armoires electriques 220V monophasé ou 380 V triphasé.

de par son principe , il permet d’isoler la partie commande de la partie puissance . Le système de commutation peut être composé d’un ou plusieurs interrupteurs simple effet appelés contacts normalement ouverts (NO) ou normalement fermés (NF), d’un ou plusieurs inverseurs (contacts repos-travail ). Ces commutateurs sont adaptés aux courants et à la gamme de tensions utilisés dans la partie puissance.

3 grands principes de fonctionnement:

Fonctionnement monostable : les contacts commutent quand la bobine est alimentée et le retour à l’état initial se fait quand la bobine n’est plus alimentée.

Fonctionnement bistable à une bobine : on alimente la bobine pour que les contacts commutent : l’état ne change pas quand la bobine n’est plus alimentée, un système mécanique bloque le retour. Pour revenir à l’état initial, on alimente à nouveau la bobine pour débloquer le mécanisme, dans certains cas en inversant la polarité de l’alimentation.

Fonctionnement bistable à deux bobines : on alimente la première bobine pour que les contacts commutent : l’état ne change pas quand la bobine n’est plus excitée. Pour revenir à l’état initial, on alimente la deuxième bobine.

dans le cas de la commande par des microcontrôleur on va utiliser des relai a tension de commande de 5v ou 3,3 volts. le microcontrôleur va commander la bobine et la puissance sera reliée a l’organe a commander (électrovanne, moteur, pompe, gache de verrouillage, etc..).

en rubrique “transistor” nous verrons comment commander commander un relai 12V via un transistor intermédiaire qui fera la commutation de tension.

LE TRANSISTOR

c’est tout simplement un interrupteur contrôlé électroniquement ( sans partie mécanique).

Un transistor est un dispositif a 3 électrodes ( base/émetteur/collecteur) qui permet de contrôler un courant ou une tension sur l’électrode de sortie grâce à une électrode d’entrée .Le circuit étant connecté aux bornes « collecteur » et « émetteur », le transistor est isolant sans tension sur la borne Base, et conducteur avec une tension sur la borne Base.

C’est un composant fondamental des circuits électroniques.

comme dans le cas de bien des composants électronique tels que les resistances , il est possible d’acheter des kit de transistors . souvent sous forme de boite avec une collections de modèles courants. ici une boite, qui pour 7 euros, regroupe 200 transistors avec les 10 modeles suivants : S8050 S9050 S9012 S9013 S9014 2N3904 2N3906 C1815 A1015 MJE13001

il y a 2 grandes categories de transistors, les transistors bipolaires a base de jonction PN, et les transistors a effet de champ (MOFSET et JFET avec FET =Field Effect Transistor ).

Applications

Les deux principaux types de transistors permettent de répondre aux besoins de l’électronique analogique et numérique mais aussi à ceux de l’électronique de puissance

  • La technologie bipolaire est plutôt utilisée en analogique et en électronique de puissance.
  • Les technologies FET et CMOS sont principalement utilisées en électronique numérique (réalisation d’opérations logiques). Ils peuvent être utilisés pour faire des blocs analogiques dans des circuits numériques (régulateur de tension par exemple). Ils sont aussi utilisés pour faire des commandes de puissance (moteurs) et pour l’électronique haute tension (automobile).

PRINCIPALES UTILISATIONS SUR ARDUINO et RPI

commande d’un relai 12V avec un 2N2222: le relai utilisant une tension de commande de 12V ne peut pas être commandé directement par le signal 5V d’un Arduino ou le signal 3,3V d’un Raspberry PI , on va utiliser un transistor en intermédiaire pour faire la “transition” de commande 5V/12V , voici le schéma de principe ( l’arduino envoi le signal de commande sur la partie gauche “Cde”):

NOTE: la bobine de commande du relai possède une composante inductive non négligeable , cela provoque une surtension importante lorsque le courant circulant dans la bobine est interrompu (loi de Lenz). pour protéger le circuit de commande , on intercale une diode aux bornes du bobinage du relai . il faudra faire de même pour la commande de tout composant de type inductif ( moteur , électrovanne, etc …) .

L’OPTOCOUPLEUR

le principe est similaire au transistor a la variante prêt que le déclencheur est un signal lumineux. l’optocoupleur permet une isolation électrique des 2 circuits qui restent indépendants.

pour les montages type ARDUINO ou RASPBERRY PI , on utilise principalement les 2 types suivants:

une des façon les plus simples de réaliser un optocoupleur sans circuit dédie , c’est d’utiliser 1 photodiode couplée a une diode lumineuse , ensemble que l’on trouve dans les OPB704 , sur l’OPB704 (schema ci dessous) , Vout est proportionnel a la quantité de lumière reçue.

sinon on trouve differents modeles de ships dédié a la fonction:

les differents types de ships et de branchements sont résumés ci dessous

un modèle courant utilisé pour faire des compte tour ou codeurs est le type ci dessous. on en trouve des version de petites tailles dans les anciennes souris a boules , récupérez au moins les optocoupleurs avant de les jeter a la poubelle …

OUTILS DE BASE

ci dessous une liste d’outils de base pour électricité et électronique :

MULTIMETRE: c’est l’outil minimum indispensable que ce soit en électricité comme en électronique. dans les 2 cas pas besoin de mettre une fortune dans un appareil de compétition pro , que ce soit en électricité ou en électronique , les besoins de mesure se résument en général a tester une continuité électrique, mesurer une valeur de résistance ou mesurer des tension continues ou alternatives .le type de kit ci dessous , pour 35 euros sur AMAZONE, vous propose en plus du multimètre , différents câbles avec pinces ou pointes amovibles et en prime une fonction thermomètre haute température avec une sonde . l’ensemble dans une petite trousse bien pratique.

TOURNEVIS TESTEUR: en complément du multimètre , je recommande l’achat d’un tournevis testeur, outre son utilité pour dévisser les prises, les dominos électrique, les douilles , et tout un tas de vis de petit diamètre , il a en plus une fonction testeur permettant de trouver la phase dans un circuit électrique 230V alternatif a condition de toucher l’arrière du tournevis avec un doigt, ce qui a pour conséquence d’allumer l’ampoule néon contenue dans le manche transparent du tournevis si la pointe de celui ci est en contact avec le fil de phase . sur le neutre , l’ampoule reste éteinte. ATTENTION cependant , cet outil est a utiliser avec beaucoup de précautions en particulier ne pas s’en servir pour vérifier s’il y a du courant dans une prise apres coupure , en effet un dysfonctionnement de l’ampoule néon pourrait laisser penser qu’il n’y a pas de courant dans le circuit alors qu’il pourrait encore etre sous tension. pour ce type de contrôle , utiliser un multimètre .

PINCE COUPANTE: après plusieurs années d’utilisation de pinces diverses , je suggère ce type de pince passepartout aussi bien pour électricité que pour électronique

PINCE A DÉNUDER: pour dénuder les fils , malheureusement pas de pince passe partout capable de faire a la fois gros diamètres en électricité et petits diamètres en électronique , a ce jour , j’utilise 2 types de pinces:

une pince passe partout pour les travaux sur câbles de circuit électrique, une vis de reglage permet de regler l’entre fer correspondant au noyau cuivre du câble à dénuder:

une pince de précision pour le câble électronique:

FER A SOUDER: comme pour le multimètre , pas besoin de chercher l’artillerie lourde , un bon kit AMAZONE pas cher permet de faire 90% des travaux de soudure , et on trouve ça encore une fois en trousse pour environ 25 € avec les instruments de base: fer a souder , pompe a dessouder , pinces, pannes de soudure de différentes tailles, support avec éponge et quelques fois avec pince coupante .

BOBINE ÉTAIN DE SOUDURE: c’est le seul point pour lequel je recommande de ne pas mégoter sur la qualité et choisir impérativement de l’étain a âme décapante en petit diamètre ( 0,8mm de préférence).

SUPPORT DE SOUDURE: pour toutes les operations de soudure sur composats electroniques , je recommande l’achat d’un support polyvalent au moins du type de celui ci dessous ( enlever la loupe , elle ne sert a rien , voir meme est genate quelque fois)

GCODE-pour quelle Machine

le GCODE est un langage utilisable par un très grand nombre de machines a commandes numériques.

petite précision initiale, une machine a commande numérique , est une machine piloté par un système automatique , en général un ordinateur , un calculateur ou un automate. donc une infinité de machines peuvent etre qualifiées de machines a commande numerique.

voici pèle mêle une liste non exhaustive de machines a commande numériques utilisant le GCODE:

les imprimantes 3D

les machines d’usinage ( tour et fraiseuses CN)

les machines de découpe laser

les machines de découpe a jet d’eau

les machine de soudure CN

les machine électroérosion a fil

les routeurs CNC

la liste pourrait être ainsi poursuivie longtemps , ce qu’il faut retenir c’est que le G CODE est abondamment utilisé dans l’industrie et donc sa connaissance et sa maitrise est un plus professionnel indiscutable.

ATTENTION: il est important de savoir qu’il n’y a pas un seul GCODE mais plusieurs version. en effet suivant les technologies et les machines , les constructeurs ont adapté et fait évolué le langage de façon a pouvoir l’adapter aux spécificités de leur machines, par exemple les imprimantes 3D .  De plus , suivant les soft que vous utiliserez soit pour la simulation de trajectoire, soit pour piloter la CN il vous faudra verifier quel type de commande GCODE sont acceptées par votre systeme. en effet, certains soft n’acceptent par exemple pas le GCODE parametré ou encore les sous programmes et boucles, par exemple GCODE sender, CANDLE ne savent pas gerer ces fonctions.

avant de choisir une machine et un soft d’exploitation bien verifier tout cela pour ne pas le regréter par la suite .

 

 

GCODE- le référentiel de travail

le GCODE est un langage de programmation destiné a déplacer des outils dans un espace de travail a 3 dimensions .

pour cela , il va utiliser le référentiel Cartésien classique utilisé en mathématique.

ce référentiel ,  est constitué de trois axes nommés, par convention,   X, Y et Z.  ces 3 axes perpendiculaires les uns aux autres vont permettre de matérialiser pour un point M donné, respectivement une direction pour les largeurs (X), une direction pour les profondeurs (Y)  et une direction pour les hauteurs(Z) .

dans ce repère , chaque axe est muni d’une échelle de position dont la valeur est identique sur chaque axe ( en général des mm ou des pouces suivant le système de mesure utilisé).

voici une représentation schématique en perspective du repère ainsi constitué et d’un point M positionné au hasard.

REMARQUE: par convention , les coordonnées d’un point dans le repère cartésien sont notées entre parenthésés, dans l’ordre X,Y puis Z . chaque coordonnée est séparée par une virgule. également par convention, dans tout système informatique, pour les nombres a virgule, la virgule est remplacée par un point . par exemple , le nombre 22,5 sera noté 22.5 cela évite les confusions entre les virgules de séparation des coordonnées et les fractions décimales.

pour illustrer la representation des coordonnées d’un point ,  regardons ce que cela peut donner avec quelques exemples de points dans le plan XY.  l’unite de référence dans le croquis ci dessous et le carreau=>  1 carreau=1 unité. les flèches sur les 2 axes X et Y indiquent le sens positif , l’intersection des 2 axes est l’origine du repère soit le point de coordonnée (0,0).

 

ORIENTATION DU REPERE SUR UNE CNC

sur les machines a commande numériques 3 axes , l’orientation de ce repère est en général la suivante (quand on est devant la machine):

  • axe X : sens positif de gauche a droite
  • axe Y : sens positif de devant vers l’arriere
  • axe Z: sens positif de bas en haut

pour aider a positionner visuellement ce repère on utilise  la règle dites des 3 doigts . on met sa main droite devant soi, paume en l’air, doigts ouverts et on replie l’annulaire et l’auriculaire puis on met le majeur en position verticale.

les doigts ainsi orientés matérialisent les 3 axes et le sens positif de ces axes dans la direction indiquée par le doigts concerné:

  • axe X + dans le sens du pouce
  • axe Y + dans le sens de l’index
  • axe Z+ dans le sens du majeur

ci dessous un petit croquis pour faciliter la compréhension

et un schéma des axes positionné sur une vue d’un routeur CNC 6040Z

certaines machines CN, en plus des axes X-Y et Z, ont  des axes rotatifs . ces axes rotatifs sont au nombre de 3 , chacun orienté par convention suivant les 3 axes du repère cartésien : on les appelle les axes A-B et C avec A sur l’axe X , B sur l’axe Y et C sur l’axe Z . le sens positif de chacun de ces axes ( representé sur le schema ci dessous) suit les règles d’orientation d’un repère cartésien.

les unités utilisées sur un axe rotatif sont bien entendu des unites angulaires avec comme base les degrés ( 1 tour = 360 degres)

plus concrètement , ci dessous la vue d’un routeur 6040 Z avec l’axe A en place sur la table et parallèle a l’axe X.

 

GCODE- éditeur pour GCODE

apprendre et connaitre le GCODE c’est bien , mais pour écrire un programme GCODE et le transformer en fichier lisible par une CNC ou un logiciel de test , il faut un éditeur ( traitement de texte pour GCODE).

l’éditeur le plus simple qui existe pour écrire du GCODE et sauvegarder le fichier est rapidement accessible et gratuit , c’est tout simplement le programme  NotePad de Windows, vous le trouverez dans les accessoires de Windows( Demarrer/tous les programmes/accessoires):

une fois démarré, si vous ne l’avez jamais utilisé , c’est tout simplement un editeur de texte ultra basique :

apres avoir tapé votre programme GCODE, vous pouvez le sauvegarder au format NC avec l’option classique File/save as.

puis ensuite bien veiller a rajouter l’extension  “.nc” derriere le nom du fichier et garder le type “Text Document(*.txt)” pour le fichier dans la case “save as”.

le format .nc est l’ extension généralement utilisée pour les extensions du nom de fichier des fichier GCODE.si le fichier doit etre utilisé avec un programme nécessitant un autre type d’extension rajouter les caracteres attendus pour votre programme .