16 Variation Vitesse

8/13/2019 16 Variation Vitesse

1/40

16 Machine savons Variation de vitesse

2797 T16-X 1

Chapitre 16

Machine savons Variation de vitesse

INTRODUCTION 2

TRAVAIL PERSONNEL

1. Choix dun moto rducteur 3

2. Choix dun variateur de vitesse 7

DOCUMENTS RESSOURCES 11

AUTOCORRECTION

1. Choix dun moto rducteur 31

2. Choix dun variateur de vitesse 35


2/40


2797 T16-X 2

INTRODUCTION

La machine savons est un quipementautomatique de conditionnement de savons,constitu dun bti en profil aluminiumsupportant deux convoyeurs bande.

Le convoyeur bande gauche sur la phototransporte les savons.

Un bras manipulateur quip dune ventousetransfert les savons du convoyeur de gauchevers le convoyeur de droite pour les dposerdans un fond de bote.

Le convoyeur bande droite sur la photoapporte les fonds de boite vide et les vacuelorsquils sont complts dun savon.

Les deux convoyeurs sont entrans par desmoteurs asynchrones cage associs unrducteur et aliments avec un rseau detensions lectriques triphases :3 x 400 V - 50 Hz + NeutreLe circuit de commande est ralis partir

dun transformateur 63 VA - 230 V / 24 V.La machine savons est prvue pourfonctionner une cadence maximale de1200 botes par heure.

Les caractristiques lectriques du moteur du convoyeur de savons sont les suivantes :- Puissance utile : 1 cv- Tension : 230 / 400 V- Rotor : cage- Stator : 4 ples

Les caractristiques lectriques du moteur du convoyeur de fonds de bote sont les suivantes :- Puissance utile : 1,5 KW- Tension : 230 / 400 V- Rotor : cage- Stator : 4 ples


3/40


2797 T16-X 3

1. Choix dun moto rducteurEn vue dune opration de maintenance, on souhaite remplacer lensemble moto rducteur servant lentranement du convoyeur bande transportant les fonds de bote.

Le synoptique et les repres de lensemble sont donns ci-aprs :

Chane cinmatique :

Convoyeur bande

Moteur triphas cage

Rducteur sortieperpendiculaire

Dynamo tachymtrique

Moto - rducteur

MoteurM, m

Rducteurr1, 1, k1

Rouleau

tapis19 dents

19 dents

Rducteurr2, 2, k2

Pu, n, Tu P1, n1,T1

P2, n2,T2

d

On appelle la puissance, lafrquence de rotation et le coupleen sortie du moteur : Pu, n, Tu ;en sortie du rducteur : P1, n1,T1;sur laxe du rouleau : P2, n2,T2.

On appelle le moteur M et sonrendement m ;On appelle le rducteur r1, sonrendement 1tel que 1= 95 %et son rapport de rduction k1tel que k1= 1/28On appelle le rducteur r2, sonrendement 2= 1 et son rapportde rduction k2On appelle v la vitesse linaire dutapis et on donne le diamtre durouleau : d = 9 cm

Dynamo


4/40


2797 T16-X 4

1.1. Dtermination des frquences de rotation

Lorsque la cadence de la machine est maximale, les fonds de bote sortent intervalle rgulier,

distant de 75 cm.1 - Calculer la vitesse linaire v du tapis :

2 - Calculer la vitesse angulaire du rouleau :

3 En dduire la frquence de rotation n2du rouleau :

4 En dduire la frquence de rotation n1en sortie du rducteur r1:

5 En dduire la frquence de rotation n en sortie du moteur M :

6 En dduire la frquence de synchronisme, le nombre de ple et le glissement du moteur M :

D = 9 cm


5/40


2797 T16-X 5

1.2. Dtermination des puissances mcaniques

La force tangentielle dveloppe sur le rouleau du tapis est quilibre

par une masse de 500 Kg ( on donne g = 10 m/s )

1 - Calculer leffort tangentiel sur le rouleau du tapis :

2 - Calculer le moment du couple T2sur le rouleau du tapis :

3 - Calculer la puissance P2dveloppe sur le rouleau du tapis :

4 - Calculer la puissance Pudveloppe par le moteur :

5 - Calculer le couple utile Tusur le moteur :

6 Ecrire la relation entre le couple T2sur le rouleau du tapis et le couple utile Tusur le moteur:

MasseM=500 Kg

P

F

r


6/40


2797 T16-X 6

1.3. Slection du moteur

Donner la dsignation complte du moteur choisi dans la gamme Leroy Somer permettant de

remplacer le moteur existant.Prciser la valeur de son courant de dmarrage.

1.4. Slection du rducteur

Donner la dsignation complte du rducteur choisi dans la gamme Leroy Somerpermettant de remplacer le rducteur existantPrciser la classification AGMA de lapplication sachant que lquipement fonctionne 8 heures / jour.


7/40


2797 T16-X 7

2. Choix dun variateur de vitesseAssocis un variateur de vitesse, les moteurs asynchrones cage, de construction robuste sans

problme de commutation li un systme balais - collecteur comme pour les moteurs courantcontinu, sont de plus en plus utiliss dans les applications frquence de rotation variable.La frquence de rotation dun moteur asynchrone est donne par la relation :On a : f = p.ns et g = (ns n)/ns n = ns(1-g) vitesse de larbre n = (f/p) (1 g)donc 3 possibilits pour agir sur la vitesse :

Action surp (f = Cte)- Moteurs enroulements spars : plusieurs bobinages sont insrs au stator et le nombre p de pairesde ples est diffrent pour chaque bobinage. chaque bobinage aliment, on obtient une vitesse desynchronisme diffrente et au glissement prs, une vitesse du rotor diffrente.- Moteurs couplage de ples (Dalhander). Le stator est constitu de 6 bobinages et selon leur mode

de connexion, on obtient p1 ou p2 paires de ples par phase.La difficult de matriser le couple de la machine et les faibles plages de variation de la vitesse dumoteur font que cette possibilit n'est pratiquement plus utilise.

Action sur gOn utilise un moteur asynchrone rotor bobin. En insrant des rsistances en srie avec lesenroulements rotoriques, le glissement varie. Ce type de moteur ncessite un systme bagues - balais(connexion entre le rotor et les rsistances). Ce procd entrane des pertes par effet Joule importantesau rotor, le rendement est loin d'tre optimal.

Action sur fUn convertisseur de frquence est insr entre le rseau et le stator du moteur. Cette solution est

actuellement la plus rpandue. Elle permet une grande souplesse de rglage de la vitesse du moteurasynchrone triphas cage. Pour conserver les performances du moteur (couple maximal disponiblequelque soit la vitesse), il est ncessaire d'agir simultanment sur d'autres paramtres en particulier latension. La variation de vitesse pour un moteur asynchrone triphas impose que U/f soit constant.

2.1. Slection du variateur

Slectionner le type de convertisseur de frquence choisi dans la gamme DANFOSS permettant lavariation de vitesse du moteur dentranement du convoyeur des fonds de bote.


8/40


2797 T16-X 8

2.2. Bon de commande du variateur

Complter le bon de commande du variateur Danfoss ncessaire pour lapplication :

(Pas de bus de terrain et filtre RFI intgrConformit aux Normes CEM )


9/40


2797 T16-X 9

2.3. Branchement du variateur

Complter le branchement du variateur en reliant les bornes reprsentes sur le schma

Le variateur est command par un commutateur Marche/ArrtLa consigne de vitesse est rgl avec un potentiomtreLes alarmes sont prises en compte et coupe lalimentation du circuit de commande : lorsque levariateur est PRET le contact 01-02 du relais se ferme, sinon le contact 01-02 reste ouvert.

2.4. Paramtrage du variateur

Donner la valeur de rglage des paramtres du moteur : paramtres 102, 103, 104, 105 et 106


10/40


2797 T16-X 10

2.5. Avertissement Alarme

Le paramtre 105 est rgl sur 1 A alors que le moteur fonctionne charge nominale

Comment ragit le variateur de vitesse ?

2.6. Consigne de vitesse

La consigne de vitesse est rgle partir dun potentiomtre 1 Kohm qui permet de faire varierla tension sur la borne 53 de 0V 10V : 0V vitesse nulle ; 10 V vitesse maximale

Le potentiomtre est rgl tel que la tension sur la bornes 53 est de 4 VLe potentiomtre est alors quivalent deux rsistances R1 et R2. Donner leur valeur.

Pour ce rglage quelle est la frquence de rotation du moteur et la vitesse linaire exacte du tapis.

2.7. Contrle des signaux

La vitesse du moteur est contrle avec une dynamo tachymtrique entrane par le moteur dont laplaque signaltique donne la Constante de vitesse 0,06 V / tr/min.Quelle est alors la tension mesure aux bornes de la dynamo tachymtrique :

On mesure la tension entre deux phases dalimentation du moteur

Quel type dappareil faut-il utilis pourquoi ?

Quelle est la valeur de la tension mesure ?

50

53

55

R2

R1


11/40


2797 T16-X 11


12/40


2797 T16-X 12


13/40


2797 T16-X 13


14/40


2797 T16-X 14


15/40


2797 T16-X 15


16/40


2797 T16-X 16


17/40


2797 T16-X 17


18/40


2797 T16-X 18


19/40


2797 T16-X 19


20/40


2797 T16-X 20


21/40


2797 T16-X 21


22/40


2797 T16-X 22


23/40


2797 T16-X 23


24/40


2797 T16-X 24


25/40


2797 T16-X 25


26/40


2797 T16-X 26


27/40


2797 T16-X 27


28/40


2797 T16-X 28


29/40


2797 T16-X 29


30/40


31/40


2797 T16-X 31

1. Choix dun moto rducteurEn vue dune opration de maintenance, on souhaite remplacer lensemble moto rducteur servant lentranement du convoyeur bande transportant les fonds de bote.

Le synoptique et les repres de lensemble sont donns ci-aprs :

Chane cinmatique :

Convoyeur bande

Moteur triphas cage

Rducteur sortieperpendiculaire

Dynamo tachymtrique

Moto - rducteur

MoteurM, m

Rducteurr1, 1, k1

Rouleau

tapis19 dents

19 dents

Rducteurr2, 2, k2

Pu, n, Tu P1, n1,T1

P2, n2,T2

d

On appelle la puissance, lafrquence de rotation et le coupleen sortie du moteur : Pu, n, Tu ;en sortie du rducteur : P1, n1,T1;sur laxe du rouleau : P2, n2,T2.

On appelle le moteur M et sonrendement m ;On appelle le rducteur r1, sonrendement 1tel que 1= 95 %et son rapport de rduction k1tel que k1= 1/28On appelle le rducteur r2, sonrendement 2= 1 et son rapportde rduction k2On appelle v la vitesse linaire dutapis et on donne le diamtre durouleau : d = 9 cm

Dynamo


32/40


2797 T16-X 32

1.1. Dtermination des frquences de rotation

Lorsque la cadence de la machine est maximale, les fonds de bote sortent intervalle rgulier,

distant de 75 cm.1 - Calculer la vitesse linaire v du tapis :

La cadence maximale donne est de 1200 botes par heuredonc 1 bote toutes les 3 secondes

Sur le tapis, on a deux botes distantes de 75 cm toutes les 3 secondesLa vitesse linaire est donc : v = 25 cm/s = 0,25 m/s

2 - Calculer la vitesse angulaire du rouleau :

la vitesse linaire est v = L / t

longueur par unit de tempsla vitesse angulaire est = / tangle par unit de tempsLa relation entre v et dpend du rayon rcar la longueur L de larc est L = . rde mme le primtre est P = 2. r avec 2angle totalv = r . = v / r = 25 / 4,52 = 5,55 rad / s

3 En dduire la frquence de rotation n2du rouleau :

La frquence de rotation n2du rouleau est le nombre de tours que fait le rouleau par unit de temps2= 2. n2 n2= 2/ 2= 5,55 / 6,28 n2= 0,884 tr/s = 53 tr/min

4 En dduire la frquence de rotation n1en sortie du rducteur r1:

Le rducteur r2 est constitu de deux pignons crants entrans par une chaneLes deux pignons ayant chacun 19 dents, le rapport de rduction est 1La frquence de rotation n1en sortie du rducteur r1 est gale la frquence de rotation n2du rouleau

n1= 0,884 tr/s = 53 tr/min

5 En dduire la frquence de rotation n en sortie du moteur M :

Le rducteur r1 a un rapport de rduction de 1/28Cela signifie que la frquence de rotation n1en sortie du rducteur r1est 28 fois plus petite quela frquence de rotation n du moteur

n = 28 x n1 n = 24,7 tr/s = 1484 tr/min

6 En dduire la frquence de synchronisme, le nombre de ple et le glissement du moteur M :

La frquence de synchronisme est un sous multiple de 50 Hz ou 3000 tr/minn = 24,7 tr/s = 1484 tr/min ns = 50 tr/s = 1500 tr/min

Le nombre de ple est tel que f = p . ns avec p nombre de paire de plesP = 50 / 25 = 2 paires moteur ttrapolaire 4 ples

Le glissement est g = (ns n) / ns = (1500 1484) / 1500 g = 1 %

L

rD = 9 cm


33/40


2797 T16-X 33

1.2. Dtermination des puissances mcaniques

La force tangentielle dveloppe sur le rouleau du tapis est quilibre

par une masse de 500 Kg ( on donne g = 10 m/s )

1 - Calculer leffort tangentiel sur le rouleau du tapis :

F = P = M.g = 500 x 10 F = 5000 N

2 - Calculer le moment du couple T2sur le rouleau du tapis :

Le moment du couple est gal la force que multiplie la distance dapplication de la forceLa distance dapplication de la force est le rayon du rouleau r en mtre

T2 = F.r = 5000 x 0,045 T2= 225 Nm

3 - Calculer la puissance P2dveloppe sur le rouleau du tapis :

La puissance mcanique est le produit du couple par la vitesse angulaireP2 = T2 . 2 = 225 x 5,55 P2= 1250 W

4 - Calculer la puissance Pudveloppe par le moteur :

Le rducteur r2 ayant un rendement de 1 on a P2= P1= 1250 W en sortie du rducteur r2Le rducteur r1 ayant un rendement 1 = 95 % tel que 1 = P1/ Pu,on a Pu= P1/ 1 = 1250 / 0,95 Pu= 1310 W

5 - Calculer le couple utile Tusur le moteur :

Le couple utile est le quotient de la puissance utile par la vitesse angulaire du moteurLa vitesse angulaire du moteur est = 2. n = 2x 24,7 = 155 rad/sTu = Pu/ = 1310 / 155 Tu= 8,5 Nm

6 Ecrire la relation entre le couple T2sur le rouleau du tapis et le couple utile Tusur le moteur:

Dans la chane cinmatique il y a conservation de la puissance mcanique (au rendement prs)2 = P2/ P1 P2= 2 x P1

Et P2= 2x 1x Pu1 = P1/ Pu P1= 1 x Pu

Pu = Tu . T2 . 2 = 2x 1x Tu . EtP2 = T2 . 2 T2 = 2x 1x Tu . / 2

Ou Tu = T2 x 2/ (2x 1x )

MasseM=500 Kg

P

F

r

T2 = 2x 1x Tu . / 2

Tu = T2 x 2/ (2x 1x )


34/40


2797 T16-X 34

1.3. Slection du moteur

Dsignation : 4P LS 90 L 1,5KW IM 3011 400V 50Hz IP55 Id = 5,2 In = 5,2 x 3,6 = 18,7 A

1.4. Slection du rducteur

Dsignation : Mb 2401 S1 V00 G 30 MU B14 4P LS 90 1,5KW


35/40


2797 T16-X 35

2. Choix dun variateur de vitesseAssocis un variateur de vitesse, les moteurs asynchrones cage, de construction robuste sans

problme de commutation li un systme balais - collecteur comme pour les moteurs courantcontinu, sont de plus en plus utiliss dans les applications frquence de rotation variable.La frquence de rotation dun moteur asynchrone est donne par la relation :On a : f = p.ns et g = (ns n)/ns n = ns(1-g) vitesse de larbre n = (f/p) (1 g)donc 3 possibilits pour agir sur la vitesse :

Action surp (f = Cte)- Moteurs enroulements spars : plusieurs bobinages sont insrs au stator et le nombre p de pairesde ples est diffrent pour chaque bobinage. chaque bobinage aliment, on obtient une vitesse desynchronisme diffrente et au glissement prs, une vitesse du rotor diffrente.- Moteurs couplage de ples (Dalhander). Le stator est constitu de 6 bobinages et selon leur mode

de connexion, on obtient p1 ou p2 paires de ples par phase.La difficult de matriser le couple de la machine et les faibles plages de variation de la vitesse dumoteur font que cette possibilit n'est pratiquement plus utilise.

Action sur gOn utilise un moteur asynchrone rotor bobin. En insrant des rsistances en srie avec lesenroulements rotoriques, le glissement varie. Ce type de moteur ncessite un systme bagues - balais(connexion entre le rotor et les rsistances). Ce procd entrane des pertes par effet Joule importantesau rotor, le rendement est loin d'tre optimal.

Action sur fUn convertisseur de frquence est insr entre le rseau et le stator du moteur. Cette solution est

actuellement la plus rpandue. Elle permet une grande souplesse de rglage de la vitesse du moteurasynchrone triphas cage. Pour conserver les performances du moteur (couple maximal disponiblequelque soit la vitesse), il est ncessaire d'agir simultanment sur d'autres paramtres en particulier latension. La variation de vitesse pour un moteur asynchrone triphas impose que U/f soit constant.

2.1. Slection du variateur

Slectionner le type de convertisseur de frquence choisi dans la gamme DANFOSS permettant lavariation de vitesse du moteur dentranement du convoyeur des fonds de bote.

Alimentation triphas 3 x 400 V


36/40


2797 T16-X 36

2.2. Bon de commande du variateur

Complter le bon de commande du variateur Danfoss ncessaire pour lapplication :

(Pas de bus de terrain et filtre RFI intgrConformit aux Normes CEM )

15 4 T 1 0 0

0 0 1

010904

300604

Le responsabletechnique


37/40


2797 T16-X 37

2.3. Branchement du variateur

Complter le branchement du variateur en reliant les bornes reprsentes sur le schma

Le variateur est command par un commutateur Marche/ArrtLa consigne de vitesse est rgl avec un potentiomtreLes alarmes sont prises en compte et coupe lalimentation du circuit de commande : lorsque levariateur est PRET le contact 01-02 du relais se ferme, sinon le contact 01-02 reste ouvert.

Le moteur est coupl en toile :

Marche / Arrt


38/40


2797 T16-X 38

2.4. Paramtrage du variateur

Donner la valeur de rglage des paramtres du moteur : paramtres 102, 103, 104, 105 et 106

102 : 1,5 KW

103 : 400 V

104 : 50 HZ

105 : 3,6 A

106 : 1430


39/40


2797 T16-X 39

2.5. Avertissement Alarme

Le paramtre 105 est rgl sur 1 A alors que le moteur fonctionne charge nominale

Comment ragit le variateur de vitesse ?Le variateur fournit un courant trop lev par rapport son paramtrage :Loprateur a rgl le paramtre intensit 1 A alors que le moteur absorbe 3,6 ALa sortie du variateur est donc en surcharge : Dfaut n9Il avertit loprateur (led jaune) puis sarrte en alarme (led rouge)


40/40


2.6. Consigne de vitesse

La consigne de vitesse est rgle partir dun potentiomtre 1 Kohm qui permet de faire varier

la tension sur la borne 53 de 0V 10V : 0V vitesse nulle ; 10 V vitesse maximaleLe potentiomtre est rgl tel que la tension sur la bornes 53 est de 4 VLe potentiomtre est alors quivalent deux rsistances R1 et R2. Donner leur valeur.

Pour ce rglage quelle est la frquence de rotation du moteur et la vitesse linaire exacte du tapis.

La frquence de rotation nominale du moteur est 1430 tr/min pour 10 VPour 4 v la frquence de rotation du moteur est de 572 tr/minLa rduction exacte du rducteur tant de 30, la frquence de rotation sur laxe du rouleaudentranement du tapis est n2 = 19 tr/min donc la vitesse angulaire est 2 = 2 rad/sLe rayon du rouleau tant de 4,5 cm la vitesse linaire du tapis est v = r . = 9 cm/s

2.7. Contrle des signaux

La vitesse du moteur est contrle avec une dynamo tachymtrique entrane par le moteur dont laplaque signaltique est donne ci dessous. Quelle est alors la tension mesure aux bornes de ladynamo tachymtrique : Constante de vitesse 0,06 V / tr/min

La dynamo fournit une tension continue de 0,06 Vpour une frquence de rotation de 1 tr/min

Pour 572 tr/min la tension fournie par la dynamo estde 572 x 0,06 = 34,3 V

On mesure la tension entre deux phases dalimentation du moteur

Quel type dappareil faut-il utilis pourquoi ?Lappareil utilis est un voltmtre type TRMS (true root mean square) donnant la valeur efficace vraiede la tension module en largeur dimpulsion et non sinusodale.Quelle est la valeur de la tension mesure ?La tension mesure est impose par le fait que U/f est constant. Donc U, f et n sont proportionnels

50

53

55

R2

R1 V1 V2

Montage potentiomtriqueV2 = (R1+R2) . I = R . II = 10 / 1k= 10mAV1 = R1 . IR1 = 4 / 0,01 = 400R2 = R R1 = 600

I

Documents

16 Variation Vitesse