TD Broyeur.ge

EST – Meknès ETUDE D’EQUIPEMENT

Option : GE TD

Motorisation d’un broyeur

Mise en situation :

Un des composants entrant dans la composition des carreaux de sol est la ‘ BARBOTINE ’. Cette matière est préparée dans des broyeurs. Les broyeurs étudiés sont des cylindres dans lesquels 24 tonnes de galets vont malaxer la matière d’œuvre pendant un cycle de 6000 tours en une durée de 10 heures.Description de l’installation :

Synoptique de l’installation :

1


Option : GE TD

La première partie de l’étude concerne la motorisation permettant d'entraîner les broyeurs qui fabriquent la "barbotine". La seconde partie s'intéressera plus particulièrement au phénomène de balourd qui impose des contraintes au niveau du dimensionnement des appareils. La troisième partie traite des protections des biens et des personnes, de l’appareillage électrique des schémas de puissance et de commande de l’alimentation du moteur entraînée par le démarreur progressif.

PREMIÈRE PARTIE : Motorisation et procédés d’entraînement des broyeurs

1. Calcul des grandeurs mécaniques nécessaires au choix du moteur

Calcul des caractéristiques mécaniques au niveau du broyeur.

1.1 Calcul de la vitesse de rotation Nb du broyeur en tr.min-1

6000 tours pendant 10 heures => 600 tours par heures => 600/60 = 10 tours /minutes Nb = 10 tr/min

1.2 Calcul de la puissance mécanique nécessaire au niveau du broyeur.Pb = Cb.b = Cb. = 60000. = 62832 W => Pb = 62832 W

Calcul des caractéristiques nécessaires au choix du moteur.

1.3 Calcul de la vitesse de rotation Np de la poulie. = => Np = = = 60 tr/min => Np = 60 tr/min

1.4 Calcul de la vitesse de rotation Nn du moteur. = R => Nn = et R = = 0,04 => Nn = = 1480 tr/min => Nn = 1480 tr/min

1.5 Calcul de la puissance utile Pu nécessaire au niveau du moteur. = => Pu = W => Pu = W

Choix du moteur approprié.

1.6 A l’aide de la documentation Technique DT1, effectuez le choix du moteur approprié (tension d’alimentation 3 x 400 V + Pe). Pu = 78,5 kW par excès Pu = 90 kW=> référence : LS280MP

On remarque que la vitesse Nn = 1480 tr/min pour la référence du moteur choisi

DEUXIÈME PARTIE : Motorisation et nouveaux procédés d’entraînement des broyeurs

2. Fonctionnement et choix du démarreur progressif

En raison du phénomène de ‘ Balourd ‘, dû essentiellement au mouvement des galets à l’intérieur du broyeur, une étude préalable de la caractéristique Cb ( Nb ) au niveau de l’axe du broyeur a été nécessaire et a conduit à la courbe ci-contre:

2

………… / 3 points

………… / 4 points

Cn = = = 705 N.m

Cd’ = . Cd(moteur) = ( )2 . 2044,5 = 680 N.m


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Afin de limiter les contraintes mécaniques et électriques au niveau de cette installation, le moteur du broyeur est piloté par l’intermédiaire d’un démarreur progressif à angle de phase. Pour satisfaire à cette condition, un déclassement du moteur a été nécessaire.

Le nouveau moteur asynchrone associé au démarreur est référencé dans le synoptique ci-dessous.

Synoptique de l’installation :

Choix du démarreur

2.1 Donner le nom et le symbole du type de constituant qui compose la structure interne de la partie puissance du démarreur progressif.

Deux Thyristors montés tête bêche

2.2 Donnez, à l’aide des caractéristiques du moteur type LS315ST et du document DT2, la référence du démarreur progressif en régime standard.

Référence du démarreur progressif est ATS48C25Q

Adéquation de l’ensemble démarreur progressif – moteur LS315ST avec le broyeur en régime transitoire

2.3 Indiquez, à l’aide du document DT2, la valeur du courant de démarrage noté Id’ exprimé en % de In, préconisée par le constructeur pour ce type d’application. Précisez la valeur du rapport Id’/ In.

Id’ = 450 % x In (voir DT2) et = 4,5 (voir DT1)

2.4 Calculez, à l’aide de du document DT1, le couple nominal du moteur Cn (sans le démarreur progressif associé).

2.5 Calculez, à l’aide de du document DT1, le couple de démarrage moteur Cd (moteur) (sans le démarreur progressif associé). Cd ( moteur ) = 2,9 x Cm = 2,9 . 705 = 2044,5 N.m

2.6 Indiquez, à l’aide de du document DT1, la valeur du rapport Id / In du moteur (sans le démarreur progressif). = 7,8

2.7 Calculez le couple de démarrage de l’association démarreur progressif – moteur Cd’ sachant que :

3

Symbole :


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2.8 Vérifiez, à l’aide de la caractéristique Cb (Nb), que le couple de démarrage Cd’ de l’ensemble démarreur progressif – moteur est supérieur au couple de démarrage nécessaire à l’entraînement du broyeur Cdb et précisez si le démarrage est possible.

Il faut Cd’ > Cd (broyeur) Cd (broyeur) = 1,3.Cb et Cd (broyeur) = 1,3.506,5 = 660 N.m

Cd’ = 680 N.m donc supérieur à Cd (broyeur) = 660 N.m par conséquent le démarrage est possible

TROISIÈME PARTIE : Schémas et appareillages de puissance et de commande du démarreur

3. Analyse du schéma de puissance du démarreur ci-dessous

Désignation, rôle et référence de l’appareillage de puissance du moteur commandé par le démarreur

3.1 Compléter le tableau ci-dessous en indiquant le rôle, les caractéristiques et la référence de l’appareillage

Désignation Rôle Caractéristiques voir DT2 à DT3 Référence

Q1

Disjoncteur magnéto-thermique :

Protection contre les surcharges et les courts-

circuits

Tension 400 V ; Tripolaire NS250MA

KM1Contacteur Tripolaire :

Permet l’alimentation du moteur par le démarreur

400 V ; Pu = 110 kW; AC3; tension de la bobine 24 V 50 Hz ;

3 pôles; In = 220 ALC1F225 B7

KM3

Contacteur Tripolaire : Permet l’alimentation du

moteur sur le réseau après le démarrage

400 V ; Pu = 110 kW; AC3; tension de la bobine 24 V 50 Hz ;

3 pôles; In = 220 ALC1F225 B7

A1 Démarreur progressif 400 V ; Pu = 110 kW ; In = 210 A ATS48C25Q

M1Moteur Asynchrone triphasé à

cage déclasséPu = 110 kW ; Nn = 1490 tr/min

= 7,8 ; = 2,9LS315ST

4

400 V / 24 V

……… / 13 points

- d’une part, la puissance permanente que le transformateur devra délivrer- et d’autre part, la puissance d’appel maximale qu’il sera amené à fournir.


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Commentaires sur les schémas de commande et de puissance du démarreur :

3.2 Expliquer le fonctionnement du démarrage du moteur par le démarreur ATV48 jusqu’au couplage direct du moteur sur le réseau (rôle des contacteurs KM1 & KM3) :

On appui sur le bouton poussoir S2, on autorise le fonctionnement du variateur (RUN), ce qui enclenche un contact NO R1A & R1C, qui a son tour enclenche la bobine du contacteur KM1 et de tous ses contacts de puissances. Le moteur démarre par le démarreur progressif. Arrivé à la vitesse maximale souhaitée, les contacts R2A & R2C se s’enclenche et de ce fait la bobine de KM3 est enclenchée ainsi que tout ses contacts. Le moteur est donc couplé directement sur le réseau EDF. Le démarreur est donc court-circuité pendant tout le travail du moteur du broyeur et ce jusqu’à l’arrêt progressif du démarreur.

3.3 Les deux contacts de commande S1 (arrêt) & S2 (Mise en service) sont reliés directement sur le démarreur progressif. Expliquer alors sur le schéma de commande le rôle des contacts R2A & R2C et des autres contacts R1A & R1C, qui agissent sur la bobine des contacteurs KM3 & KM1.

Voir explications plus haut question 3.2 !

3.4 Expliquer l’intérêt de l’association R série C en parallèle sur la bobine de chaque contacteurs :

Circuit d’anti-parasitage lors de la mise sous tension des contacteurs4. Critères de choix et choix du transformateur de commande T1 et de ses protections On donne : - Les contacteurs KM1 et KM3 ont une puissance de maintien de 40 VA et une puissance

d’appel de 320 VA. Ils ne fonctionnent jamais simultanément en appel ! - La température ambiante dans le coffret électrique où se situe T1, est de l’ordre = 50 ° C

LA PLUPART DES CONSTRUCTEURS PROPOSE LA MÉTHODE SUIVANTE :

Les deux valeurs de puissance qui doivent être prises en compte pour déterminer le calibre de transformateur à utiliser sont donc :

5

Puissance normalisée : S = 250 VA

80 VA

320 VA

- d’une part, la puissance permanente que le transformateur devra délivrer- et d’autre part, la puissance d’appel maximale qu’il sera amené à fournir.


Option : GE TD

Dans la pratique, il suffit de considérer la somme des puissances de maintien et l’appel du contacteur le plus gros.

Pour les transformateurs Télémecanique, le graphe ci-contre permet de choisir le calibre à utiliser en fonction de ces deux puissances.

4.1 Choisir la puissance normalisée du transformateur en utilisant la courbe ci-dessus :

Rappels : - Puissance d’appel du plus « gros » contacteur : 320 VA- Somme des Puissances de maintien : 40 + 40 = 80 VA

4.2 Déterminer la référence de ce transformateur (voir DT 4) : ABL-6TS25 B

4.3 Déterminer les calibres en courants des protections primaires (disjoncteur de chez MERLIN GERIN) et secondaires (disjoncteur de chez MERLIN GERIN), voir tableau ci-dessous :

Disjoncteur côté primaire type : Unipolaire bipolaire Calibre en courant : = 0,625 A

Disjoncteur côté secondaire type : Unipolaire bipolaire Calibre en courant : = 10,41 A

4.4 Regrouper vos résultats dans le tableau ci-dessous :

Tensiond’alimentation

primaire

Puissance normalisée

Référence Transformateur

T1

Tension usuelle du secondaire

Référence disjoncteur côté

primaire

Référence disjoncteur côté

secondaire

400 V 250 VA ABL-6TS25 B 24 V 24580 24175

6


Option : GE TD

7


Option : GE TD

5. Identification du schéma de liaison à la terre du Broyeur de « BARBOTINE » :

5.1 Identifier le type de schéma des liaisons à la terre utiliser pour notre application :

SLT TT SLT TNS SLT IT SLT TNC

5.2 La signification des 2 lettres de ce régime de neutre : Première lettre : Neutre Isolé ou Impédant ; Deuxième lettre : Masses métalliques reliées à la terreTroisième lettre (si besoin) : pas de troisième lettre

5.3 Cas d’un premier défaut sur une phase. Calculer la valeur de ce courant de défaut (Id1) ainsi que celle de la tension de contact Uc1. Ce défaut est-il dangereux ? La protection des personnes est-elle assurée ?

Mode de calcul du courant de défaut : Id1 =

Valeur de Id1 : Id1 = 0 A Id1 = 50 A Id1 = In = 110 A Id1 = Icc = 2000 A

Valeur de la tension de contact Uc1 : Uc1 = Ru . Id1 = 10 . 0 = 0 V

La règle de sécurité est-elle vérifiée (règle: Uc < UL) : Oui Non ; Y a t-il déclenchement de Q1 ? Oui Non

La protection des personnes est-elle assurée ? Oui Non

5.4 Cas d’un deuxième défaut sur une autre phase (premier défaut toujours présent !). Calculer la valeur de ce courant de défaut (Id2) ainsi que celle de la tension de contact Uc2. Ce défaut est-il dangereux ? La protection des personnes est-elle assurée ?

Mode de calcul du courant de défaut : Id2 = et Rph de chaque phase = 0,1

Valeur de Id1 : Id2 = 0 A Id2 = 50 A Id2 = In = 110 A Id2 = Icc = 2000 A

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Tension de contact Uc

Résistance du piquet de terre Rn = 30

Impédance de la ligne Z = 10 M

Résistancede la terreRu = 10

Tension limite du localUL = 50 V


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Valeur de la tension de contact Uc2 : Uc2 = 0 V Uc2 = 110 V Uc2 = 230 V Uc2 = 400 V

La règle de sécurité est-elle vérifiée (règle: Uc < UL) : Oui Non ; Y a t-il déclenchement de Q1 ? Oui Non

La protection des personnes est-elle assurée ? Oui Non ; Quel organe de Q1 a détecté Id2 : Magnétique

5.5 Rappeler la référence du disjoncteur Q1 & conclure sur l’avantage à utiliser ce schéma de liaison à terre :

Référence disjoncteur Q1 : NS250MA

Disjoncteur magnétothermiqueSans dispositif différentiel

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Avantage de ce schéma de liaison à la terre : Premier défaut non dangereux pour l’homme et la machine. Deuxième défaut => court-circuit entre phases => déclenchement de Q1. On économise l’achat d’un différentiel et la protection des personnes est assurée correctement, tandis que la continuité de service est assurée pendant le premier défaut (celui-ci est indiquer par les alarmes du CPI)


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DT 1 Documentation moteurs asynchrones LS

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Moteur déclassé

Moteur choisi


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DT 2 Documentation démarreur progressif

DT 3 Associations Appareillages de puissances & de protection

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DT 4 Choix des transformateurs de commande

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