Gestion de projet

La catégorie Gestion de projet de BATLab112 regroupe l’ensemble des articles qui documentent, étape par étape, la démarche méthodologique utilisée pour concevoir et réaliser le diorama pédagogique de la Batcave à l’échelle 1/12. Elle illustre comment un projet inspiré de la fiction peut être traité comme une vraie démarche d’ingénierie, avec des objectifs techniques, des contraintes à formaliser et des livrables concrets à produire.
Plutôt qu’un simple journal de bord, cette catégorie offre une vraie structuration de projet, articulée autour de phases classiques : définition des besoins, rédaction du cahier des charges, parangonnage (benchmarking), conception préliminaire, prototypage, conception détaillée et élaboration d’un modèle opérationnel. Chaque étape est documentée à travers des articles qui combinent réflexion méthodologique et application pratique au contexte unique du diorama — intégrant des éléments industriels miniaturisés (ponts roulants, plateformes rotatives, consoles de commande, etc.).
L’approche adoptée ne se limite pas à des principes abstraits : elle est ancrée dans une logique pédagogique, visant à rendre accessible la gestion de projet à des apprenants, tout en garantissant que les résultats — des composants modulaires jusqu’au système électrique global — respectent des critères de fonctionnalité, de cohérence et de réalisme technique.
En explorant cette catégorie, les lecteurs découvrent à la fois les fondements théoriques d’une démarche structurée et des exemples concrets d’application dans le cadre d’un projet transdisciplinaire mêlant ingénierie, modélisme et technologie.

Poste électrique du diorama de la Batcave – Réalisation du modèle opérationnel de distribution électrique à l’échelle 1/12

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Informations générales

Cet article présente le premier modèle opérationnel du local électrique à l’échelle 1/12 du diorama pédagogique Batcave du projet BATLab112. Il décrit la fabrication itérative du poste électrique fonctionnel, sa distribution des tensions adaptées à des contraintes techniques et de sécurité, ainsi que des aspects de réalisation mécanique et d’éclairage intégré.… Lire la suite →

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5–7 minutes

Mots clés :

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Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction : rôle et enjeux du poste électrique dans le diorama pédagogique de la Batcave
  2. Architecture générale du poste électrique du diorama BATLab112
  3. Caractéristiques électriques du réseau électrique du diorama
  4. Éléments de réalisme et intégration mécanique
  5. Système d’éclairage du poste électrique du diorama
  6. Modélisation 3D du diorama avec FreeCAD
  7. Impression 3D du diorama
  8. Voir aussi

Article précédent :

Article suivant :

Introduction : rôle et enjeux du poste électrique dans le diorama pédagogique de la Batcave

Le poste électrique intégré au diorama de la Batcave du projet BATLab112 constitue un élément structurant et central de l’infrastructure technique du diorama. Il assure la distribution de l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l’ensemble des systèmes industriels miniaturisés à l’échelle 1/12. Conçu comme un équipement pleinement opérationnel, ce poste électrique vise à reproduire, avec un haut degré de fidélité, les principes de fonctionnement d’un poste électrique réel, tout en étant adapté aux contraintes propres à un dispositif pédagogique et expérimental.

La réalisation de ce prototype ne s’est pas inscrite dans une démarche linéaire aboutissant à une version définitive unique, mais s’est développée de manière itérative tout au long de la phase de conception. Cet article s’inscrit ainsi dans la continuité de la troisième évolution de la conception détaillée du poste électrique.

Architecture générale du poste électrique du diorama BATLab112

Le poste électrique du diorama se compose de deux sous-ensembles distincts, chacun ayant fait l’objet de phases spécifiques de conception et de prototypage : le poste de transformation HT/BT et les armoires de distribution électrique.

Poste HT/BT
Armoires de distribution électrique

Poste de transformation HT/BT à l’échelle 1/12 : adaptation fonctionnelle et contraintes de sécurité

Le poste HT/BT, réalisé à l’échelle 1/12 dans le cadre du diorama pédagogique du projet BATLab112, reproduit le fonctionnement général d’un poste de transformation réel. Toutefois, les niveaux de tension et les caractéristiques électriques des tensions d’entrée et de sortie ont été volontairement adaptés. Ces ajustements répondent, d’une part, aux contraintes techniques inhérentes au diorama et, d’autre part, aux exigences de sécurité liées à la manipulation des équipements. Dans ce contexte, la « haute tension » correspond à l’alimentation électrique générale du diorama, fournie par une prise secteur de 230 V en courant alternatif (AC), tandis que la « basse tension » est définie comme une tension de 12 V en courant continu (DC), compatible avec les besoins des modules électroniques intégrés au diorama, tels que les cartes Arduino, les écrans tactiles et les circuits imprimés.

Armoires de distribution électrique : gestion des tensions et rationalisation énergétique du diorama

Les armoires de distribution électrique assurent quant à elles la répartition des différentes tensions nécessaires à l’alimentation des modules électroniques et des actionneurs électromécaniques. La phase de conception préliminaire, associée au sourcing des composants, a permis de rationaliser l’architecture électrique en limitant à trois le nombre de niveaux de tension requis pour l’ensemble des modules électroniques : 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC. Chaque armoire de distribution est dédiée à un niveau de tension spécifique. Une quatrième armoire est exclusivement consacrée à l’alimentation des moteurs du pont élévateur. Bien que ces moteurs fonctionnent également sous une tension de 12 VDC, ce choix vise à limiter la quantité d’énergie électrique transitant au sein d’une même armoire, dans une logique de sécurité et de gestion des flux énergétiques.

Caractéristiques électriques du réseau électrique du diorama

Les caractéristiques électriques détaillées du poste électrique du diorama du projet BATLab112 sont présentées dans l’article suivant :

Câblage électrique du diorama

Cet article propose une analyse technique approfondie des choix relatifs au câblage du réseau électrique du diorama pédagogique de la Batcave, reproduisant à l’échelle 1/12 une infrastructure électrique fonctionnelle. Il s’inscrit dans le cadre de la documentation technique du projet, en explicitant la conception et le dimensionnement du réseau de distribution électrique depuis la sortie du convertisseur de puissance jusqu’aux consoles de commande.

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Éléments de réalisme et intégration mécanique

Garde-corps, passerelle et sécurité à l’échelle 1/12

Dans un souci de réalisme et de cohérence avec les standards industriels, la plateforme du local électrique a été équipée de garde-corps assurant la sécurité du personnel, ainsi que d’une passerelle d’accès. Ces éléments ont été réalisés à l’échelle 1/12 par un assemblage boulonné combinant des pièces issues de l’impression 3D — notamment les poteaux des garde-corps et la structure porteuse de la passerelle — et des éléments métalliques, tels que les traverses des garde-corps et le caillebotis de la passerelle.

Structure de support des câbles inspirée des racks industriels

Les câbles électriques raccordés aux différents composants du poste sont maintenus par une structure de support directement inspirée des racks de stockage de type cantilever utilisés en milieu industriel. Cette structure a été conçue à partir de profilés en aluminium, associés à des pièces d’assemblage imprimées en 3D, permettant à la fois une bonne rigidité mécanique et une flexibilité dans l’agencement des câbles.

Système d’éclairage du poste électrique du diorama

Principe de câblage et alimentation des luminaires LED

À ce stade d’avancement du diorama, le système d’éclairage du poste électrique relève encore d’un prototype expérimental. Le principe retenu repose sur l’utilisation de boucles composées de six diodes électroluminescentes (LED) rouges montées en série, chacune étant capable de supporter une tension supérieure à 2 VDC. Chaque boucle est alimentée par une tension de 12 VDC. La mise en œuvre de deux boucles distinctes de six LED a été nécessaire pour assurer l’éclairage complet du poste électrique, tel qu’il apparaît sur les supports photographiques associés.

Limites techniques et axes d’amélioration du système d’éclairage

Si le rendu esthétique global est jugé satisfaisant, des améliorations restent à apporter concernant la technique de câblage des luminaires. Ces derniers, réalisés par impression 3D et équipés chacun d’une LED rouge, sont fixés sur les montants horizontaux de la structure métallique supportant les câbles. Toutefois, le raccordement électrique des luminaires au circuit 12 VDC présente une tenue mécanique insuffisante. Les vibrations induites par les opérations de branchement et de débranchement des connecteurs des armoires électriques peuvent entraîner la déconnexion intempestive des luminaires, ce qui souligne la nécessité d’une évolution de cette solution technique.

Modélisation 3D du diorama avec FreeCAD

La modélisation 3D du réseau électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCAD.

Le projet BATLab112 utilise la version 0.21.2 du modeleur 3D FreeCAD pour la conception du diorama de la Batcave à l’échelle 1/12. FreeCAD permet de structurer la conception du diorama en amont de sa fabrication, de visualiser des volumes, vérifier des proportions et anticiper des contraintes techniques. L’utilisation de FreeCAD constitue un support méthodologique rigoureux pour la réalisation précise et cohérente de l’ensemble.

Voir la page dédiée à FreeCAD

Impression 3D du diorama

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Voir aussi

Des articles sur la conception du réseau électrique du diorama

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Voir la page dédiée à l’avancement du diorama ⇢

Des articles sur les modèles opérationnels et prototypes du diorama

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Voir la page dédiée à l’avancement du diorama ⇢

Pont élévateur – Prototype – Plateforme moteur

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Cet article présente le premier prototype des plateformes de motorisation des axes du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Sourcing
  4. Support moteur
  5. Support du capteur de la roue codeuse
  6. Support de l’engrenage à renvoi d’angle
  7. Armoire électrique
  8. Portique de l’armoire électrique
  9. Modélisation 3D
  10. Impression 3D
  11. Prochaine étape
  12. Voir aussi

Introduction

L’article précédent celui-ci, présente la conception détaillée de la plateforme de motorisation des axes du pont élévateur. Cet article se focalise sur le design des composants de la plateforme et leurs dimensionnement pour aboutir à leurs modélisation 3D sur FreeCAD. Cette modélisation permet notamment de s’assurer de la bonne intégration du design général des plateformes de motorisation dans le diorama de la Batcave.

Pour plus d’infos :

Présentation générale

Pour rappel, le fonctionnement de ces plateformes de motorisation des axes du pont élévateur, repose sur trois composants actifs : un moteur, une roue codeuse et un engrenage à renvoi d’angle. Comme ces composants ont déjà été spécifiés dans l’article de conception détaillée, il s’agit ici, plus particulièrement, de focaliser sur la fabrication des pièces nécessaires pour assembler ces composants actifs sur la plateforme.

Sourcing

Le sourcing des composants actifs et des pièces mécaniques est réalisé à partir d’une plateforme de ventes en ligne. Ce choix est essentiellement dicté par un objectif de limiter le nombre de fournisseur, mais aussi de permettre une centralisation des commandes et ainsi d’envisager des économies d’échelle, notamment sur les frais de livraison.

Pour plus d’informations concernant les caractéristiques de ces composants, voir l’article sur la conception détaillée des plateformes moteurs :

Support moteur

Le support moteur se compose de deux parties réalisées par impression 3D. Le design de ces deux parties est très similaire, la seule différence réside dans l’espace dédié au passage des câbles électriques sur la partie arrière. Chaque partie de ce support est montée sur le moteur par ajustement. La fixation de l’ensemble sur la plateforme est réalisé par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Impression via CURA sur imprimante 3D Anet A8

Support du capteur de la roue codeuse

Le capteur de vitesse se compose d’une roue codeuse et d’un capteur photocoupleur fixe qui convertit la vitesse de rotation de la roue codeuse en signal électrique.

+ d’infos :

Le support du capteur photocoupleur se compose d’une seule pièce réalisée par impression 3D. Ce support assure le maintien du capteur en position et assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme, par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Support de l’engrenage à renvoi d’angle

Ce support se compose de deux parties, réalisées par impression 3D, qui s’assemblent par emboitement. La forme de la partie supérieure du support assemblé est conçue pour maintenir latéralement l’engrenage à renvoi d’angle qui est fixé ensuite par boulonnage. Le support assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme par boulonnage.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Armoire électrique

La phase de conception détaillée de la plateforme a apportée une modification au design de la structure des petites armoires électriques par rapport à celles déjà existantes sur le diorama. Ce nouveau design permet de prendre en compte le remplacement du bloc de jonction, initialement présent dans l’armoire, par un mini PCB. Cette structure est réalisée par impression 3D.

Pour plus d’informations :

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Portique de l’armoire électrique

Le portique permet le montage par boulonnage de l’armoire électrique de la plateforme moteur. Le portique est réalisé par impression 3D.

Modélisation 3D sur FreeCAD
Conversion des fichiers STL sur CURA
Impression par imprimante 3D Anet A8

Modélisation 3D

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Impression 3D

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Prochaine étape

La première version de la conception détaillée de tous les composants mécaniques du pont élévateur est achevée. La prochaine étape consiste à concevoir et réaliser le prototype de l’électronique de commande.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Prototype

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

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Cet article présente la deuxième partie de la conception détaillée, du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette deuxième partie porte plus particulièrement sur les quatre plateformes moteurs et leur raccordement électrique.

  1. Introduction
  2. Benchmarking
  3. Conception mécanique
  4. Conception électrique
  5. Modélisation 3D
  6. Conception détaillée de la plateforme
  7. Vue d’ensemble
  8. Prochaine étape
  9. Voir aussi

Introduction

Cet article est la suite de la conception détaillée de la structure mécanique du pont élévateur. L’objectif est à présent de concevoir le design mécanique des 4 plateformes de motorisation des 4 axes du pont élévateur.

Pour plus d’infos :

Benchmarking

Pour respecter l’objectif de réalisme du diorama pédagogique du projet BATLab112, le design des plateformes des moteurs du pont élévateur du diorama est directement inspiré de plateformes réelles.

Le type d’équipement représentée sur la photo est une pompe à eau horizontale électrique très largement utilisé dans l’industrie.

source : modopump.com

Présentation générale

Conception mécanique

La motorisation des axes du pont élévateur se compose de 4 plateformes identiques, équipées chacune d’un moteur à courant continu couplé à une boîte de renvoi d’angle à 90°. Sur les 4 axes de couplage, une roue codeuse permet à un capteur optique de mesurer la vitesse de rotation du moteur et ainsi de contrôler la vitesse de déplacement vertical du pont élévateur.

  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Design Overview
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – DC Motor
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Encoder
  • BATLab112 Project – Lifter Bridge – Motor Platform – Gearbox

Sourcing

Pour définir le design final de cet ensemble et s’assurer de son intégration mécanique dans le diorama, les composants sont sélectionnés dans la phase de conception détaillée en fonction de leurs dimensions et de leurs caractéristiques techniques.

Moteur
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Caractéristiques techniques

  • Alimentation . : 12V CC
  • Puissance …… : 7W
  • Vitesse : 2000 tr/min

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Alimentation : 3,3V à 5V CC
  • Sortie : Numérique
  • Capteur : Infrarouge

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Réduction . : 1:1
  • Engrenage : Conique
  • Matière : Nylon et Acier

Sourcing

Moteur à courant continu

Ce modèle de moteur est sélectionné pour ses dimensions mécaniques compatibles avec le rendu réaliste imposé par l’échelle 1/12 du diorama, mais aussi pour ses caractéristiques électriques garantissant le bon fonctionnement final du système. La tension d’alimentation en 12V, associée à une vitesse de rotation nominale élevée, laissent envisager un couple mécanique satisfaisant après réduction de la vitesse de rotation.

Roue codeuse et capteur optique

Ce capteur est sélectionné pour la simplicité de sa mise en œuvre, son encombrement compatible avec l’échelle du diorama et un signal de sortie numérique. Comme le montre la photo, ce modèle est souvent vendu par petit lot de pièces.

Engrenage angulaire

Le choix de ce type d’engrenage est relativement restreint sur un marché grand public autorisant des commandes à l’unité. Ce modèle d’engrenage angulaire est sélectionné pour son rapport de réduction de 1:1 mais aussi pour son design mécanique robuste, équipé de pattes de fixation.

Conception électrique

La conception électrique porte ici essentiellement sur l’armoire électrique qui doit assurer le raccordement de la tension d’alimentation des moteurs ainsi que le signal de sortie de la roue codeuse. Pour concevoir le design mécanique de cette armoire électrique, ainsi que son intégration générale sur la plateforme, il est nécessaire de penser auparavant sa conception électrique

L’objectif de reproduction réaliste du câblage d’une telle armoire n’est pas envisageable compte tenu des contraintes d’intégration des composants nécessaires. Cependant, les armoires électriques du pont élévateur vont faire l’objet d’une évolution dans leur design, par rapport à la conception des précédentes armoires électriques du diorama du projet BATLab112.

Screenshot

Sectionneur électrique

Le premier objectif est de remplacer le bloc de jonction, présent dans les premières armoires électriques du diorama, pour le raccordement électrique d’alimentation des moteurs, par un système à base de switches et de deux connecteurs, faisant office de sectionneur électrique comme illustré sur l’extrait du schéma ci-contre.

Bornier de raccordement

Le remplacement du bloc de jonction contraint aussi le câblage de la roue codeuse de chaque moteur. Elles seront donc raccordées via un connecteur à trois contacts, faisant office de bornier électrique.

Sourcing

Connecteur 2 broches
Switch à glissière
Connecteur 3 broches

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 2

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 50V CC
  • Intensité … : 0,5A

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 3

Sourcing

Modélisation 3D

FreeCAD

Le projet BATLab112 utilise la version 0.21.2 de FreeCAD dans le cadre de la conception préliminaire et détaillée du diorama de la Batave à l’échelle 1/12.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Modélisation des pièces mécaniques

Moteur électrique
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Contrairement à d’autres composants utilisés dans les systèmes industriels de la Batcave, aucun modèle 3D n’est disponible librement pour chacun dses composants de la plateforme ; moteur, roue codeuse, engrenage à renvoi d’angle. Par conséquent, leur modélisation 3D est réalisée avec le logiciel FreeCAD pour définir dans un premier temps leur design général. La prise en compte de leurs dimensions externes permet de présenter leurs intégration sur une plateforme.

Modélisation des composants électroniques

Les modèles 3D des composants électroniques sont disponibles dans la bibliothèque de GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD
Electronic component
Electrical cabinet frame
Electrical cabinet overview

Conception détaillée de la plateforme

La modélisation complète et détaillée d’une plateforme nécessite l’intégration d’éléments complémentaires, comme le coupleur monté sur l’axe vertical en sortie de l’engrenage à renvoi d’angle, le portique supportant l’armoire électrique et aussi la base d’accueil et de fixation de tous les composants.

Vue d’ensemble

Prochaine étape

La première version de la conception détaillée de tous les composants mécaniques du pont élévateur est achevée. La prochaine étape consiste à concevoir et réaliser le prototype de l’électronique de commande.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Conception détaillée

Pont élévateur – Conception détaillée – Ep 1

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Cet article présente la première partie de la conception détaillée, du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette première partie porte plus particulièrement sur le design mécanique de la motorisation des axes du pont élévateur. La deuxième partie portera sur l’électronique de commande pour contrôler les moteurs.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Modélisation 3D
  4. Assemblage
  5. Voir aussi

Introduction

Le dimensionnement mécanique du pont élévateur lors de la conception préliminaire ainsi que le premier prototype réalisé, ont permis de valider la cinématique de ce système, et ainsi de développer et produire les prototypes des autres systèmes industriels équipant le diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Pour plus d’infos :

L’objectif de la conception détaillée est à présent de définir plus précisément la motorisation électrique du pont élévateur de la Batcave. En effet, lors de la conception préliminaire la motorisation du pont élévateur a été représentée par 4 moteurs pas à pas fixés directement sur les 4 axes. L’objectif était de pouvoir en définir la structure mécanique, cette partie du système a donc été mise de côté. À présent, il convient de proposer une solution technique fonctionnelle et compatible avec le niveau de réalisme d’un diorama pédagogique.

Présentation générale

La nouvelle motorisation des axes du pont élévateur se compose de 4 plateformes identiques, équipées d’un moteur à courant continu couplé à une boîte de renvoi d’angle à 90°. Sur les 4 axes de couplage, une roue dentelée permet à un capteur optique de mesurer la vitesse de rotation du moteur et ainsi de contrôler la vitesse de déplacement vertical du pont élévateur.

Conception mécanique

Pour définir le design final de cet ensemble et s’assurer de son intégration mécanique dans le diorama, les composants sont sélectionnés dés la phase de conception détaillée en fonction de leurs dimensions et de leurs caractéristiques techniques.

Moteur
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Caractéristiques techniques

  • Alimentation . : 12V CC
  • Puissance …… : 7W
  • Vitesse : 2000 tr/min

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Alimentation : 3,3V à 5V CC
  • Sortie : Numérique
  • Capteur : Infrarouge

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Réduction . : 1:1
  • Engrenage : Conique
  • Matière : Nylon et Acier

Sourcing

Moteur à courant continu

Ce modèle de moteur est sélectionné pour ses dimensions mécaniques compatibles avec le rendu réaliste imposé par l’échelle 1/12 du diorama, mais aussi pour ses caractéristiques électriques garantissant le bon fonctionnement final du système. La tension d’alimentation en 12V, associée à une vitesse de rotation nominale élevée, laissent envisager un couple mécanique satisfaisant après réduction de la vitesse de rotation.

Roue codeuse et capteur optique

Ce capteur est sélectionné pour la simplicité de sa mise en œuvre, son encombrement compatible avec l’échelle du diorama et un signal de sortie numérique. Comme le montre la photo, ce modèle est souvent vendu par petit lot de pièces.

Engrenage angulaire

Le choix de ce type d’engrenage est relativement restreint sur un marché grand public autorisant des commandes à l’unité. Ce modèle d’engrenage angulaire est sélectionné pour son rapport de réduction de 1:1 mais aussi pour son design mécanique robuste, équipé de pattes de fixation.

Conception électrique

La conception électrique porte ici essentiellement sur l’armoire électrique qui doit assurer le raccordement de la tension d’alimentation des moteurs ainsi que l’alimentation électrique et le signal de sortie de la roue codeuse.

L’objectif de reproduction réaliste du câblage d’une telle armoire n’est pas envisageable compte tenu des contraintes d’intégration des composants nécessaires. Cependant, les armoires électriques du pont élévateur vont faire l’objet d’une évolution dans leur design, par rapport à la conception des précédentes armoires électriques du diorama du projet BATLab112. L’objectif est de remplacer le bloc de jonction de raccordement de la tension d’alimentation des moteur, par un système à base de switcher de connecteur, faisant office de sectionneur électrique. La roue codeuse sera raccordée quant à elle via un autre connecteur faisant office de bornier électrique.

Connecteur 2 broches
Switch à glissière
Connecteur 3 broches

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 2

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 50V CC
  • Intensité … : 0,5A

Sourcing

Caractéristiques techniques

  • Tension ….. : 300V CC
  • Intensité … : 10A
  • Broche …… : 3

Sourcing

Modélisation 3D

FreeCAD

Cet article intervient après un changement d’environnement technique autorisé par le changement d’ordinateur. A présent la version 0.21.2 de FreeCAD est utilisée pour une meilleure définition de la conception du projet BATLab112.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Modélisation des pièces mécaniques

Moteur électrique
Roue codeuse
Engrenage angulaire

Contrairement à d’autres composants utilisés dans les systèmes industriels de la Batcave, aucun modèle 3D n’est disponible librement pour chacun de ces composants. Par conséquent, leur modélisation 3D via FreeCAD s’attache essentiellement à leurs designs généraux pour en définir les dimensions externes.

Modélisation des composant électronique

Les modèles 3D des composants électroniques sont disponibles dans la bibliothèque de GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD
Electronic component
Electrical cabinet frame
Electrical cabinet overview

Modélisation d’une plateforme de motorisation

Design d’une plateforme de motorisation d’un axe vertical du pont élévateur

Pour modéliser une plateforme complète, des éléments complémentaires sont ajoutés comme les coupleurs d’axes et le portique de l’armoire électrique assurant la centralisation des raccordements électriques.

Vue d’ensemble

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Articles – Conception détaillée

Local électrique – Conception Détaillée – V3

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Cet article présente la troisième version de la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette mise à jour de cette conception est en lien avec la mise en jour du modèle opérationnel du local technique.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Une quatrième armoire de distribution
  4. La structure cantilever
  5. La passerelle d’accès
  6. Modélisation 3D
  7. Voir aussi

Introduction

Cet article fait suite à la réalisation du premier modèle opérationnel du local électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Batcave Diorama Electricity Station

Présentation générale

Batcave Diorama Electricity Station Design by FreeCad

Modélisation 3D

FreeCAD

Cet article intervient aussi après un changement d’environnement technique autorisé par le changement d’ordinateur. A présent la version 0.21.2 de FreeCAD est utilisée pour une meilleure définition de la conception du projet BATLab112.

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

Voir la page dédiée à FreeCAD

Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Conception détaillée

Local électrique – Conception Détaillée – V2

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Screenshot

Cet article présente la deuxième version de la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette mise à jour de cette conception est en lien avec la réalisation du premier modèle opérationnel du local technique.

  1. Introduction
  2. Présentation générale
  3. Une quatrième armoire de distribution
  4. La structure cantilever
  5. La passerelle d’accès
  6. Modélisation 3D
  7. Voir aussi

Introduction

Cet article fait suite à l’article précédent sur la conception détaillée du local technique et ceux de la fabrication des différents éléments du modèle opérationnel.

Présentation générale

  • Vue d’ensemble du local électrique
  • Armoire de raccordement haute tension
  • Armoire de commande des basses tensions
  • Convertisseur de puissance
  • Armoires de distribution
  • Structure Cantilever de support des chemin de câble
  • Passerrelle d’accès au local électrique

Les modifications par rapport à la précédente version de la conception détaillée :

  • Une quatrième armoire de distribution
  • La structure Cantilever de support des chemin de câbles
  • Un premier design de la passerelle d’accès au local électrique

Une quatrième armoire de distribution

Cette quatrième armoire de distribution, identique dans sa conception au 3 premières est une armoire supplémentaire pour assurer la distribution des tensions 12VDC.

Armoires de distribution

La structure cantilever

Cette structure est conçue comme support au chemin de câble. Le détail de sa conception fera l’objet d’un prochain article en cours de rédaction.

Structure Cantilever de support des chemin de câble

La passerelle d’accès

La conception de cette passerelle n’est pas encore totalement aboutie lorsque cet article sera mis en ligne. Un article dédié est en cours de rédaction.

Passerrelle d’accès au local électrique

Modélisation 3D

FreeCAD

La modélisation du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

Voir la page dédiée à FreeCAD

Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Conception détaillée

Pont roulant bipoutre – Conception détaillée

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Résumé :

Cet article présente la conception détaillée du pont roulant bipoutre du diorama pédagogique de la Batcave, à l’échelle 1/12, du projet BATLab112.

Actualisé :

05 octobre 2023

Mots clés :

, , , ,

Sommaire :

  1. Vue générale
  2. Vues de détails
  3. Modélisation 3D
  4. Voir aussi

Introduction

La conception détaillée du pont roulant bipoutre fait suite à la réalisation de son prototype.

Si ce prototype permet de valider le design de la structure du quadrilatère du pont roulant, il reste à présent à définir plus précisément le design des rails de roulement du pont ainsi que le système de festons de câbles électriques.

Vue générale du pont roulant

  • Screenshot n°1 : Armoires de raccordement électrique des moteurs
  • Screenshot n°2 : Festons de câbles électriques
  • Screenshot n°3 : Rails de guidage et butées de fin course
  • Screenshot n°4 : Sommiers du pont roulant
  • Screenshot n°5 : Poutres du pont roulant

Festons de câble

Vues générales

Cette vue en perspective axonométrique plongeante montre le design d’un rail équipé de son feston de câble (Trolleys + Câble).

Cette vue en perspective axonométrique en contre plongée montre le design d’un rail équipé de son feston de câble (Trolleys + Câble).

Vues de détails

Bras de suspension des rails des festons des câbles

Les rails de guidage des festons de câble sont suspendus par des bras. Ces bras sont composés de deux parties : Le bras de suspension du rail et l’étrier de maintien du bras. Le design de ces deux pièces est conçu pour une réalisation par impression 3D. La fixation des étriers sur la structure du diorama est réalisée par des clous à tête suivant l’implantation des rangées de trou. Le nombre d’ensembles bras et étrier reste à définir en fonction des contraintes lors de la fabrication du modèle opérationnel.

Bras de suspension terminaux des festons de câbles

Pour guider le câble vers son point de raccordement électrique et éviter toute tension due au déplacement du pont, deux bras de suspension du rail de guidage sont fixés par un étrier double. Un guide de câble est alors positionné sur le rail entre les deux bras. En passant dans ce guide, le câble est alors dirigé vers son point de raccordement, tout en étant maintenu en position face à la tension exercée sur le câble lors du déplacement du pont roulant.

Trolleys de roulement des festons

Pour garantir le guidage du câble le long de son rail, des trolleys sont utilisés pour supporter le câble et assurer son guidage grâce à 2 séries de 2 rouleaux enserrant la partie inférieure du rail de guidage. Le design de ces pièces est conçu pour une réalisation par impression 3D.

Butées de fin de course

Vues générales

Les butées de fin de course sont placées à l’extrémité des rails de roulement d’un pont roulant. Ces dispositifs constituent une limite physique dans le déplacement du pont roulant, servant de sécurités en empêchant le pont roulant de sortir de ses rails, chuter et faire chuter la charge qu’il transporte.

Les bumpers sont des tampons d’amortissement du choc du contact du pont roulant avec les butées de fin de course. Ils sont installés aux extrémités des deux sommiers du pont roulant (éléments moteur du pont roulant).

Vues de détails

Chacune des quatre butées de fin de course est équipée d’un capteur coupe circuit. Si le pont roulant vient jusqu’au contact d’une butée, il actionne alors son capteur qui coupe l’alimentation électrique des moteurs, entrainant l’arrêt du pont. Le design du corps de ces butées est conçu pour être réaliser par impression 3D. La fixation des butées sur la rail de roulement du pont est réaliser par 6 boulons M2. Le capteur électrique est inséré dans le corps de la butée, maintenu en position par 2 boulons M2.

Bumpers

Le design des bumpers est conçu pour être réaliser par impression 3D. Ils sont fixés sur les extrémités des sommiers par 2 rangées de 3 clous à tête.

Modélisation 3D

FreeCad

La modélisation du pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

Voir la page dédiée à FreeCAD

GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD

Fabrication

Le design de toutes ces pièces ont été conçus pour être réaliser par impression 3D.

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Voir aussi

Articles – Pont roulant

Articles – Conception détaillée

Prototype fonctionnel d’armoire de distribution électrique basse tension pour diorama

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Informations générales

L’article présente la fabrication d’un prototype d’armoire de distribution électrique basse tension pour le diorama du projet BATLab112, conçu pour distribuer les tensions 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC vers les consoles de commande. Il expose les retours d’expérience des prototypes antérieurs, l’impression 3D de la structure interne et la modification du design pour résoudre les échecs…

Première publication :

Dernière mise à jour :

Temps de ecture :

6–9 minutes

Mots clés :

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Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction
  2. Retour d’expérience sur les armoires de raccordement électrique
  3. Impression 3D de la structure interne d’une armoire électrique du diorama
  4. Évolution du design de la structure interne des armoires électrique du diorama
  5. Modélisation 3D du nouveau design de la structure interne des armoires électriques du diorama avec FreeCAD
  6. Impression 3D d’une structure modulaire des armoires électriques du diorama
  7. Fabrication du module sectionneur des armoires de électrique du diorama
  8. Fabrication du module porte fusible des armoires électrique du diorama
  9. Assemblage final des modules composants une armoire de distribution électrique du diorama
  10. Câblage interne d’une armoire de distribution électrique du diorama
  11. Voir aussi

Article précédent :

Article suivant :

Introduction

À l’issue de la phase de conception détaillée du modèle d’armoire de distribution électrique du diorama, l’objectif consiste désormais à réaliser un premier prototype fonctionnel. Cette étape vise à valider les choix techniques retenus avant la fabrication des quatre modèles opérationnels destinés à assurer la distribution des tensions 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC vers les quatre consoles de commande des équipements industriels intégrés au diorama.

Retour d’expérience sur les armoires de raccordement électrique

Le retour d’expérience issu des prototypes antérieurs des armoires de raccordement du poste HT/BT a mis en évidence que l’absence de structure interne ne permet pas d’assurer une rigidité mécanique satisfaisante. Bien que l’enveloppe de ces armoires, réalisée à partir d’emballages de produits alimentaires, puisse apparaître suffisamment rigide lors de la phase de fabrication, cette rigidité s’avère insuffisante lors des phases de manipulation et d’exploitation. En conséquence, l’enjeu principal de la réalisation de ce prototype réside dans la validation de la faisabilité technique d’une structure interne réalisée par impression 3D.

Pour plus d’informations, voir l’article du prototype du poste électrique HT/BT du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Impression 3D de la structure interne d’une armoire électrique du diorama

Fabrication par impression 3D de la structure issue de la conception détaillée

Le design monobloc de la structure interne des armoires de distribution électrique a fait l’objet d’une analyse approfondie lors de la phase de conception détaillée. L’un des objectifs principaux de cette étude était de limiter la quantité de matière utilisée, en particulier celle associée aux éléments de support. À cet effet, la géométrie retenue se caractérise par des zones en surplomb conçues sous forme d’arches, ne nécessitant aucun support d’impression lors du procédé de fabrication additive. Cette approche permet ainsi d’éliminer toute production de matière résiduelle liée aux supports d’impression.

Deuxième impression 3D : analyse d’un échec de fabrication

Malgré l’attention particulière portée à la conception de ce design, la seconde tentative d’impression s’est soldée par un échec de fabrication. Lors de cette opération, la tête de l’imprimante 3D est entrée en collision avec le modèle en cours d’impression, comme l’illustre la photo associée. Afin de limiter les pertes de matière et de temps, aucune nouvelle impression de ce design n’a été engagée à ce stade.

À ce jour, la cause principale avancée pour expliquer cet incident semble être liée à la taille du fichier numérique stocké sur la carte SD utilisée par l’imprimante 3D Anet A8 du projet BATLab112. Il apparaît en effet que le lecteur de carte SD de la carte électronique de l’imprimante présente des dysfonctionnements lors de la lecture de fichiers volumineux, en particulier lorsque la carte a fait l’objet de multiples cycles d’écriture et de suppression.

Afin de prévenir la récurrence de ce phénomène, deux mesures correctives ont été mises en œuvre. La première consiste à recourir à des cartes SD de faible capacité (8 Go), dédiées exclusivement au stockage des fichiers définitifs avant impression, en limitant les opérations d’écriture. La seconde, détaillée dans le chapitre suivant, repose sur une modification du design du prototype visant à réduire les durées d’impression des pièces.

À la date de mise en ligne de cet article, l’application conjointe de ces deux actions a permis d’éliminer l’apparition de ce dysfonctionnement.

Évolution du design de la structure interne des armoires électrique du diorama

Le nouveau design résulte d’une approche alternative fondée sur la décomposition de la structure en plusieurs éléments distincts, comme l’illustre la capture d’écran de la vue éclatée réalisée à l’aide du logiciel FreeCAD. L’intérêt de cette démarche réside dans la conception de pièces de dimensions réduites et de géométrie majoritairement plane, permettant de diminuer les temps d’impression et de s’affranchir de l’utilisation de supports d’impression. En contrepartie, cette approche implique la définition et la conception des interfaces d’assemblage entre les différents éléments constitutifs de la structure.

Bien que cette méthode de conception ne permette pas d’exclure totalement la réapparition des dysfonctionnements précédemment observés, elle garantit néanmoins une réduction significative de l’impact potentiel en termes de durée d’impression et de quantité de matière susceptible d’être perdue.

Modélisation 3D du nouveau design de la structure interne des armoires électriques du diorama avec FreeCAD

La modélisation du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

Voir la page dédiée à FreeCAD

Impression 3D d’une structure modulaire des armoires électriques du diorama

Préparation du fichier pour impression 3D avec Cura

Impression 3D des éléments de la structure modulaire

Chaque élément constituant la structure interne de l’armoire de distribution est imprimé individuellement. Les deux côtés de l’armoire présentent une symétrie identique, impliquant l’impression en double du même design. Afin de réduire les durées d’impression, les pièces ont été réalisées en qualité « Normal » avec une épaisseur de couche de 0,15 mm. Ce réglage n’offre pas le rendu optimal en termes de finition de surface, mais il reste satisfaisant, la structure interne n’étant ni visible de l’extérieur ni significativement perceptible de l’intérieur.

L’ensemble de ces pièces a été imprimé sans rencontrer la problématique observée précédemment avec le modèle monobloc, confirmant la pertinence de l’approche de décomposition du design.

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Assemblage de la structure des armoires électriques du diorama

L’assemblage de la structure est réalisé par emboitement des pièces. Les côtes des éléments d’assemblage tenon-mortaise ont été obtenues de manière empirique pour prendre en compte la précision d’impression.

Fabrication du module sectionneur des armoires de électrique du diorama

Impression 3D de la structure mécanique du sectionneur électrique

Pour des raisons de gestion des temps d’utilisation de l’imprimante, les pièces composant le sectionneur sont imprimées unitairement.

Assemblage des composants du sectionneur électrique

L’assemblage des différentes pièces du sectionneur est réalisé à l’aide de boulons de type M2. Les blocs de jonction électrique sont positionnés dans leurs supports respectifs, lesquels sont ensuite fixés sur le corps principal du sectionneur. Les deux interrupteurs sont maintenus par deux écrous chacun. Dans les modèles opérationnels, afin de prévenir tout desserrage des écrous susceptible de provoquer leur chute à l’intérieur de l’armoire électrique sous tension — et donc d’engendrer des courts-circuits —, l’utilisation de frein-filet est prévue sur l’ensemble des boulons.

Câblage interne du module sectionneur électrique du diorama

Le câblage est réalisé à l’aide de conducteurs en cuivre rigide de couleur rouge et bleue, d’une section de 2,5 mm². Cette section dépasse les exigences des normes de câblage électrique, compte tenu du courant maximal de 6 A circulant dans ces conducteurs. Par ailleurs, cette configuration offre un rendu esthétique satisfaisant.

Fabrication du module porte fusible des armoires électrique du diorama

Lors de la phase de conception détaillée, le design du porte-fusible a fait l’objet d’une étude spécifique. Aucun des modules disponibles sur le marché ne répondait pleinement aux exigences du projet, tant en termes de nombre de voies que de dimensions. La fabrication d’un porte-fusible complet aurait été fastidieuse et aurait présenté un résultat incertain sur le plan des contraintes mécaniques et électriques. Par conséquent, le choix s’est porté sur l’utilisation d’un boîtier automobile à six voies avec point commun, dont l’enveloppe mécanique peut être modifiée afin de répondre aux contraintes d’intégration au sein de la structure de l’armoire.

Impression 3D des supports mécaniques du module porte fusible

Impression 3D des chemins de câble du module porte fusible

Assemblage du module porte fusible

Assemblage final des modules composants une armoire de distribution électrique du diorama

Câblage interne d’une armoire de distribution électrique du diorama

Le bloc porte-fusibles est connecté à la sortie du sectionneur à l’aide de deux conducteurs en cuivre rigide de section 2,5 mm². L’emploi de cette section, identique à celle utilisée pour le sectionneur, assure la cohérence du câblage ainsi que le respect des normes électriques en vigueur. Par ailleurs, chaque connecteur de sortie de l’armoire est raccordé au bloc porte-fusibles au moyen de deux conducteurs de calibre 20 AWG.

Voir aussi

Des articles sur l’avancement du réseau électrique du diorama

Des articles sur la fabrication des prototypes d’autres équipements industriels à l’échelle 1/12

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Câblage électrique du diorama

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Informations générales

Cet article propose une analyse technique approfondie des choix relatifs au câblage du réseau électrique du diorama pédagogique de la Batcave, reproduisant à l’échelle 1/12 une infrastructure électrique fonctionnelle. Il s’inscrit dans le cadre de la documentation technique du projet, en explicitant la conception et le dimensionnement du réseau de distribution électrique depuis la sortie…

Première publication :

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Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction
  2. Architecture du réseau électrique du diorama
  3. Détail du réseau de distribution électrique vers les consoles de commande des équipements industriels du diorama
  4. Armoires de distribution électrique du diorama
  5. Câblage interne des armoires de distribution électrique
  6. Bilan électrique du diorama
  7. Bilan électrique des armoires de distribution 12VDC
  8. Bilan électrique des armoires de distribution 6VDC
  9. Bilan électrique des armoires de distribution 5VDC
  10. Section des câbles électriques du diorama
  11. Section des câbles d’entrée
  12. Section des câbles de sortie
  13. Bilan de dimensionnement du câblage du réseau électrique du diorama
  14. Voir aussi

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Article suivant :

Introduction

Cet article propose une analyse technique approfondie des choix relatifs au câblage du réseau électrique du diorama pédagogique de la Batcave, reproduisant à l’échelle 1/12 une infrastructure électrique fonctionnelle. Il s’inscrit dans le cadre de la documentation technique du projet, en explicitant la conception et le dimensionnement du réseau de distribution électrique depuis la sortie du convertisseur de puissance jusqu’aux consoles de commande. Cette étude méthodique aborde successivement la structuration du réseau de distribution, l’architecture interne des armoires électriques, les bilans de courant nécessaires à la définition des sections des câbles d’entrée et de sortie, ainsi que les critères retenus pour assurer une chute de tension conforme aux exigences fonctionnelles et de sécurité. Par cette démarche, l’article vise à clarifier les principes de câblage qui garantissent l’alimentation adéquate des éléments actifs du diorama, tout en respectant des contraintes techniques propres à un modèle réduit fonctionnel.

Architecture du réseau électrique du diorama

Le réseau électrique du diorama de la Batcave est conçu pour assurer la distribution de l’énergie nécessaire à l’alimentation des composants actifs, tels que les moteurs, les écrans, les capteurs et les dispositifs d’éclairage à LED. Son architecture est structurée en quatre sous-ensembles fonctionnels distincts.

  • Le poste HT/BT, implanté au niveau −2 du diorama au sein du local électrique, assure le raccordement au réseau domestique 230 V – 50 Hz et la conversion de la tension secteur en très basses tensions continues (12 V, 6 V et 5 V), adaptées aux exigences des différents équipements.
  • Les armoires de distribution, également situées dans le local électrique, permettent la démultiplication et la répartition de ces tensions vers les consoles de commande.
  • Le panneau de raccordement, implanté au niveau −1, centralise l’ensemble des liaisons issues des capteurs et des armoires de distribution avant leur connexion aux consoles.
  • Les consoles de commande, situées au même niveau, assurent le pilotage des composants actifs du diorama en intégrant les commandes manuelles, automatiques et les informations issues des capteurs.

Détail du réseau de distribution électrique vers les consoles de commande des équipements industriels du diorama

Le câblage interne du poste HT/BT ayant déjà fait l’objet d’une étude propre, cet article se focalise sur les armoires de distribution, le câblage électrique depuis la sortie du convertisseur de puissance jusqu’aux consoles de commande.

Armoires de distribution électrique du diorama

Le câblage du réseau de distribution électrique doit être conçu en prenant en considération l’ensemble des liaisons, tant en entrée qu’en sortie des armoires de distribution, ainsi que leur câblage interne. Les conducteurs d’entrée se prolongent au sein des armoires par le câblage interne, organisé dans la colonne descendante située sur la partie gauche de celles-ci. À l’inverse, les conducteurs associés à la colonne montante, disposée sur la partie droite des armoires, assurent la continuité du câblage interne vers l’extérieur et se prolongent par les câbles de sortie en direction des consoles de commande.

Câblage interne des armoires de distribution électrique

Les câbles d’entrée

Les câbles d’entrée, issus du convertisseur de puissance, assurent l’alimentation électrique de l’armoire de distribution. Ils pénètrent dans celle-ci par l’intermédiaire du presse-étoupe « Supply Input », avant d’être raccordés aux interrupteurs-sectionneurs. En aval de ces dispositifs de coupure, les conducteurs sont connectés au porte-fusibles de type Blade Fuse Holder. L’intensité du courant électrique circulant dans les câbles d’entrée correspond à la somme des intensités des courants délivrés par les six voies de sortie de l’armoire.

Les câbles de sortie

Les câbles de sortie sont prélevés sur chacune des six voies du porte-fusibles et raccordés aux bornes d’un connecteur de sortie de type Output Jack. L’intensité du courant circulant dans chaque paire de conducteurs est dimensionnée en fonction des besoins énergétiques d’une seule console de commande, pour la tension fournie par l’armoire de distribution.

Bilan électrique du diorama

Introduction

Le bilan électrique constitue une étape fondamentale dans le dimensionnement d’un réseau électrique, en permettant d’évaluer de manière globale et cohérente les besoins énergétiques d’un système. Il repose sur l’identification et la quantification des puissances et des courants associés à l’ensemble des charges alimentées, en tenant compte de leurs régimes de fonctionnement et de leurs conditions d’exploitation. Cette approche analytique vise à assurer l’adéquation entre les sources d’alimentation, les dispositifs de protection et les conducteurs, tout en garantissant la continuité de service, la sécurité des installations et la conformité aux contraintes normatives.

Métrique du bilan électrique des composants du diorama

Ce bilan électrique a pour but d’évaluer les ordres de grandeur des courants électriques, véhiculés par les câbles, afin de pouvoir en définir leur section. Ce bilan électrique porte sur les valeurs suivantes :

CaractéristiquesDésignation
P0 (mW)Puissance à vide en milli-Watt
Pn (mW)Puissance nominale en milli-Watt
Un (V)Tension nominale en Volt
I0 (mA)Courant à vide en milli-Ampère
In (mA)Courant nominal en milli-Ampère
Is (mA)Courant de décrochage en milli-Ampère ( Pour les moteurs 6VDC )

Information complémentaire

Il est important de noter que ce bilan électrique ne prend pas en compte l’alimentation en énergie électrique des 4 moteurs 12VDC du pont élévateur. Une armoire électrique spécifique au pont élévateur sera développée ultérieurement dans le projet.

Bilan électrique des armoires de distribution 12VDC

Les tensions de 12VDC sont utilisées pour alimenter en énergie électrique les deux Cartes Arduino Mega qui pilotent les deux écrans tactiles de la console. Le tableau suivant présente les bilans électriques d’une carte Arduino Mega à vide et d’un écran tactile TFT 2,8″ en fonctionnement nominal. La somme de ces valeurs correspondent aux valeurs utiles en entrée de la Console de commande.

MatérielP0(mW)Pn(mW)Un(V)I0(mA)In(mA)
Carte Arduino Mega (1)630(*)1252(*)
Ecran TFT 2,8″ (2)(**)3303,3(**)100
Total (Arduino + Ecran) x2192012160

Bilan électrique des armoires de distribution 6VDC

Les tensions de 6VDC sont utilisées pour alimenter en énergie électrique les mini moteurs de la plateforme rotative et du pont roulant, via la console de commande. Le tableau suivant présente le bilan électrique pour le moteur 6VDC 300 RPM de la plateforme rotative et les 2 moteurs 6VDC 10 RPM du pont roulant ainsi le contrôleur L298N.

MatérielPn(mW)Un(V)I0(mA)In(mA)Is(mA)
Mini Moteur 6VDC 10 RPM (1)120610201000
Mini Moteur 6VDC 300 RPM (1)54065090300
Contrôleur L298N (2)4206(*)702000
Total 12006702002300

Bilan électrique des armoires de distribution 5VDC

Les tensions de 5VDC sont utilisées pour alimenter en énergie électrique les cartes électroniques du panneau de commande et les relais implantées dans la console de commande. Le tableau suivant présente le bilan électrique pour les composants actifs ; relais et leds. La carte électronique des relais contient 5 relais. La carte électronique du panneau des commandes contient 7 leds. Pour ce calcul, nous considérons que tous les relais et toutes les leds peuvent être actifs en même temps.

MatérielPn(mW)Un(V)In(mA)
Relais 5VDC (1)450590
Led 3mm Rouge50510
Total Carte Relais (Relais x5)22505450
Total Panneau de Commande (Led x7)350570
Total Electronique Console de Commande26005520

Section des câbles électriques du diorama

Le dimensionnement des sections de câble électrique constitue un élément essentiel de la conception des réseaux de distribution, car il conditionne à la fois la sécurité, la fiabilité et la performance des installations. Il repose sur l’analyse des courants à transporter, des longueurs de liaison et des conditions d’exploitation, afin de limiter l’échauffement des conducteurs et de maîtriser les chutes de tension. Cette démarche intègre également les exigences normatives et les dispositifs de protection, garantissant une alimentation électrique adaptée aux charges tout en assurant la pérennité de l’infrastructure.

Section des câbles d’entrée

Les tableaux suivants, présentes pour chacune des armoires électriques, l’impact du choix de section des câbles d’entrée en fonction du résultats des bilans électriques précédents. La longueur des câble d’entrée est fixée à 1m.

Armoire de distribution 12VDC

La valeur de l’intensité du courant électrique prise pour ce calcul est de 400 mA pour une console de commande, en prenant 20% de marge par rapport au résultat du bilan électrique précédent. Dans la perspective où 6 consoles de commandes sont alimentées en énergie électrique par les 6 sorties de l’armoire de distribution, la valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence est de 6 x 400 = 2400 mA.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,5240010,03720,6%
1240010,02480,4%
1,5240010,01240,2%

Armoire de distribution 6VDC

L’armoire de distribution électrique est dimensionnée pour 6 sorties. Le bilan électrique prend en compte l’utilisation de 2 sorties seulement (Plateforme et Pont roulant). Par conséquent, la valeur de l’intensité du courant électrique est multipliée par 3, soit un total de 600 mA. La valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence pour ce calcul est de 720 mA, en prenant 20% de marge, par rapport au résultat du bilan électrique.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,572010,0321,60,4%
172010,0214,40,2%
1,572010,017,20,1%

Armoire de distribution 5VDC

La valeur de l’intensité du courant électrique prise pour ce calcul est de 630 mA, en prenant 20% de marge, par rapport au résultat du bilan électrique. Dans la perspective ou 6 consoles de commandes sont alimentées en énergie électrique par les 6 sorties de l’armoire de distribution, la valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence est de donc de 6 x 630 = 3800 mA.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,5380010,031142,3%
1380010,02761,5%
1,5380010,01380,8%

Conclusion

Une section de câble au moins égale à 0,5mm2 est suffisante pour obtenir une chute de tension en ligne inférieure à 1% pour les armoires de distribution électrique de 12VDC et 6VDC. Par contre, une section de câble au moins égale à 1,5mm2 est nécessaire pour obtenir une chute de tension inférieure à 1% pour l’armoire de distribution électrique 5VDC.

Section des câbles de sortie

Armoire de distribution 12VDC

La valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence est de 200 mA en prenant une marge de sécurité d’au moins 20% par rapport à la valeur du bilan électrique.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,520020,07140,1%
120020,036< 0,1%
1,520020,024< 0,1%

Armoire de distribution 6VDC

En prenant en compte la configuration la plus sévère (2 moteurs 300 RPM + 1 Contrôleur L298N), la valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence est de 200 mA, en prenant une marge de sécurité d’au moins 20% par rapport à la valeur du bilan électrique.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,520020,07140,2%
120020,0360,1%
1,520020,024< 0,1%

Armoire de distribution 5VDC

La valeur de l’intensité du courant électrique prise en référence est de 650 mA en prenant une marge de sécurité d’au moins 20% par rapport à la valeur du bilan électrique.

S (mm2)I(mA)L (m)R (ohm)△U(mV)△U(%)
0,565020,07460,9%
165020,03200,4%
1,565020,02130,3%

Conclusion

Une section de câble au moins égale à 0,5mm2 est suffisante pour obtenir une chute de tension en ligne inférieure à 1% pour les 3 armoires de distribution électrique.

Bilan de dimensionnement du câblage du réseau électrique du diorama

CâbleLongueurSectionTypeAWG (1)
Depuis Convertisseur vers Armoire1 m1,5 mm2Cuivre15
Depuis Armoires vers Consoles2 m0,5 mm2Cuivre20

Voir aussi

Des articles relatifs à la conception et la fabrication du réseau électrique du diorama

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Local électrique – Conception Détaillée – V1

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Cet article présente la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

  1. Description générale
  2. Systèmes existants à l’échelle 1:1
  3. Raccordement du diorama au secteur
  4. Le convertisseur de puissance
  5. Le tableau basse tension
  6. Modélisation 3D
  7. Voir aussi

Introduction

Le réseau électrique du diorama de la Batcave, développé dans le cadre du projet BATLab112, a pour fonction d’assurer la distribution de l’énergie électrique à l’ensemble des équipements du dispositif. Les quatre systèmes fonctionnels — la plateforme rotative, le pont élévateur, le pont roulant et les bras robotiques — sont pilotés par des consoles de commande dédiées, lesquelles requièrent également une alimentation électrique. En conséquence, la multiplicité des équipements, conjuguée à l’hétérogénéité des niveaux de tension requis, impose la mise en œuvre d’une infrastructure de distribution électrique spécifiquement adaptée.

Pour plus d’informations, voir les articles relatifs à la conception des équipements de la Batcave à l’échelle 1/12 :

Présentation générale

L’ensemble des dispositifs de distribution et de contrôle de l’énergie électrique est centralisé au sein d’un local technique dédié. Ce local assure la fonction de point de raccordement du diorama de la Batcave au réseau électrique, tout en intégrant l’ensemble des équipements nécessaires à la distribution de l’énergie et à son suivi opérationnel. Il abrite notamment le poste de transformation HT/BT ainsi que trois armoires de distribution correspondant aux niveaux de tension requis par les équipements du diorama, à savoir 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC.

Structure interne

Présentation générale

A l’échelle 1:1, le module de raccordement, situé en amont du poste HT/BT, permet de raccorder un réseau de distribution électrique Basse Tension (BT), au réseau électrique Haute Tension (HT).

A l’échelle du diorama, l’armoire de raccordement assure le raccordement du réseau électrique de la Batcave, au réseau électrique domestique 230V 50Hz. L’entrée de cette armoire autorise un raccordement à une prise secteur par l’intermédiaire d’un câble électrique de type 3G 1,5 mm2.

Description détaillée

  • Les deux passe-câbles assurent le maintien mécanique du câble en entrée (depuis la prise secteur) et en sortie (vers le convertisseur).
  • Les deux borniers de raccordement assurent la connexion électriques des deux câbles.
  • L’interrupteur sectionneur permet d’isoler le diorama du réseau électrique.

Fonctionnement général

Une fois le raccordement au secteur réalisé, par l’intermédiaire du bornier de raccordement, le basculement de l’interrupteur sectionneur en position haute, permet d’alimenter en énergie électrique le convertisseur de puissance du diorama.

Le basculement de l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement en position basse, permet d’isoler complètement le diorama du secteur.

Cette armoire est l’unique point de raccordement au secteur du diorama, afin de garantir la sécurité des utilisateurs.

Modèles 3D

Modèle 3D du presse étoupe, passe câble, utilisé dans les 3 modules du poste HT/BT.
Modèle 3D du bloc de jonction, 230VAC, utilisé comme bornier de raccordement.
Modèle 3D de support de Led, utilisé comme passe câble du module sectionneur.

Modèle 3D des interrupteurs 230VAC utilisés comme sectionneur général du poste HT/BT.

Le convertisseur de puissance

Présentation générale

A l’échelle 1:1, le transformateur est l’équipement central du poste HT/BT. Il assure la transformation de la Haute Tension alternative du réseau de distribution électrique régional, en Basse Tension alternative 230V 50Hz.

A l’échelle du diorama, le transformateur est remplacé par un module – convertisseur de puissance -, qui assure la conversion de la tension secteur alternative 230V 50Hz en basses tensions continues compatibles avec les composants électroniques et actionneurs du projet ; électronique, moteurs…

Description détaillée

  • Les 3 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
    • Câble 230VAC, issu de l’armoire de raccordement
    • Câble 12VDC, vers le tableau basse tension
    • Câble des commandes, issu du tableau basse tension.
  • Les 4 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
    • Câble 230VAC, issu de l’armoire de raccordement
    • Câble 12VDC, vers le tableau basse tension
    • Câble des commandes, issu du tableau basse tension.
  • Les 4 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
    • Câble 5VDC
    • Câble 6V DC
    • Câble 12V DC
  • Le convertisseur 230VAC/12VDC assure la conversion AC/DC de la tension secteur 230V 50Hz.
  • Les convertisseurs DC/DC assure la conversion de la tension 12VDC issue du convertisseur AC/DC en tensions continues plus basses ; 5VDC, 6VDC … compatibles avec les composants électroniques et actionneurs du diorama.
  • La carte électronique des relais assure les commutations des différentes tensions continues de sorties

Fonctionnement général

Lorsque l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement est basculé en position haute, le convertisseur 230VAC/12VDC du convertisseur de puissance, est alors alimenté en énergie électrique. Il fournit une tension de 12V continue en sortie. Cette tension alimente alors le panneau basse tension pour contrôler l’alimentation électrique des convertisseurs DC/DC.

Lorsque le convertisseur 230VAC/12VDC est sous tension, et que le bouton d’arrêt d’urgence du panneau basse tension est relâché, un appui sur un des boutons poussoirs du panneau de commande, déclenche la commande d’un relais. Ce relais commute la tension du convertisseur DC/DC correspondant, en sortie du convertisseur de puissance.

Modèles 3D

Modèle 3D de l’alimentation utilisée comme convertisseur 230VAC/12VDC.
Modèle 3D des convertisseurs de tensions 12VDC/6VDC et 12VDC/5VDC.
Modèle 3D des borniers utilisés sur la carte des relais de.commutation des tensions de sortie.
Modèle 3D des relais utilisés pour commuter les tensions de sorties du convertisseur.

Le tableau basse tension

Présentation générale

A l’échelle 1:1, le tableau BT permet de répartir l’énergie électrique sur les différents départs issus du poste de transformation. A l’échelle du diorama, cette armoire centralise les commandes des tensions continues en sortie du convertisseur.

Description détaillée

  • Les deux passe-câbles assurent le maintien mécanique du câble en entrée (depuis la sortie du convertisseur 230VAC/12VDC) et en sortie (vers la carte électronique des relais).
  • Le bornier de raccordement assure la connexion électriques des câbles.
  • La carte électronique – PCB des commandes -, centralise tous les circuits de commande des tensions de sortie du convertisseur de puissance.
  • La carte électronique – PCB des relais -, assure la commutation des différentes tensions de sortie du convertisseur de puissance, sous le contrôle des commandes.
  • Les cartes électroniques sont réalisées en logique câblée, à partir de relais électromagnétiques, de boutons poussoirs et de voyants de visualisation réalisés à partir de LEDs.

Fonctionnement général

Lorsque le convertisseur 230VAC / 12VDC est raccordé au réseau électrique domestique lors du basculement de l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement en position haute, il délivre en sortie une tension de 12V DC. Cette tension est alors utilisée pour alimenter en énergie électrique, une carte électronique de commande et une carte de relais qui contrôlent les tensions de sortie du convertisseur de puissance.

Modéles 3D

Modélisation 3D

FreeCAD

Dans cette phase de conception préliminaire, seul le design général de la structure mécanique de la console de commande est modélisé. L’assemblage des différentes sous-parties n’est pas pris en compte ici. Il s’agit avant tout de valider la faisabilité technique de ce design ainsi que son intégration à l’échelle 1/12. Les détails de l’assemblage des différents sous-ensembles se fera lors de la réalisation du premier prototype.

La modélisation du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

Voir la page dédiée à FreeCAD

Visuels de la conception préliminaires des 3 modules composants le poste HT/BT.

GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

Voir la page dédiée à GrabCAD

Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Conception détaillée