Entraînement des machines doc prof
Etablir l'ensemble des critères de choix d'un moteur électrique. ... Machines
spéciales (Moteur asynchrone 2 vitesses, Moteur pas à pas, Moteur linéaire ?.)
.... classe, il convient de corriger la durée de vie de la machine à l'aide du tableau
de ...
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c536845279 \h 4
Caractéristique de pompage 1 et 2 : RENVOIPAGE _Toc536845280 \h 4
Caractéristique de ventilation 3 : RENVOIPAGE _Toc536845281 \h 4
Caractéristique d'essorage 4 : RENVOIPAGE _Toc536845282 \h 4
3.3. Le moment dinertie : RENVOIPAGE _Toc536845283 \h 4
3.4. Etude de la dynamique : RENVOIPAGE _Toc536845284 \h 5
3.4.1. Equation fondamentale : RENVOIPAGE _Toc536845285 \h 5
Conditions de démarrage : RENVOIPAGE _Toc536845286 \h 5
3.5. Régime établi (point de fonctionnement) : RENVOIPAGE _Toc536845287 \h 5
3.5.1. Fonctionnement stable de la machine : RENVOIPAGE _Toc536845288 \h 5
3.5.2. Ralentissement naturel de la machine : RENVOIPAGE _Toc536845289 \h 5
3.5.3. Freinage du moteur : RENVOIPAGE _Toc536845290 \h 6
4. Quadrants de fonctionnement dune machine : RENVOIPAGE _Toc536845291 \h 6
5. Autres critères de choix d'un convertisseur électromécanique : RENVOIPAGE _Toc536845292 \h 6
5.1. Choix en fonction de l'environnement : RENVOIPAGE _Toc536845293 \h 6
5.1.1. Déclassement : RENVOIPAGE _Toc536845294 \h 6
5.2. Services : RENVOIPAGE _Toc536845295 \h 8
5.3. Critères géométriques : RENVOIPAGE _Toc536845296 \h 9
6. Exercice : RENVOIPAGE _Toc536845297 \h 10
Définitions :
Convertisseurs Electromécanique ou Machine Electrique :
On définit une machine électrique comme étant un dispositif de conversion Mécanique / Electrique ou Electrique / Mécanique.
Conversion Electrique / Mécanique => Moteurs Conversion Mécanique / Electriques => Générateurs.
INCORPORER Word.Picture.8
Choix d'une Machine Electrique :
On doit pour choisir une machine électrique connaître les caractéristiques des énergies Entrantes et Sortantes. Soit pour l'énergie :
Outre ces caractéristiques fondamentales pour le choix d'une machine électrique, d'autres critères doivent néanmoins pris en compte.
Citons entre autre :
L'environnement (définition de l'IP, de l'IK, de la classe de température, l'altitude de fonctionnement, nature de l'atmosphère
.)
Le service de fonctionnement ;
Les dimensions de la machine (Hauteur d'axe,
) ;
La position de fonctionnement (Verticale, Horizontale) ;
Exemples de convertisseur Electromécanique :
Machine à courant continu (Moteur ou Dynamo) ;
Machine asynchrone (Moteur ou Générateur) ;
Machine synchrone (Moteur ou Alternateur) ;
Machines spéciales (Moteur asynchrone 2 vitesses, Moteur pas à pas, Moteur linéaire
.)
Point de fonctionnement :
En fonctionnement MOTEUR : C'est le point où le couple 'tension, courant' permet le fonctionnement de la machine pour un couple 'fréquence de rotation, couple' donné.
En fonctionnement GENERATEUR : C'est le point où le couple 'fréquence de rotation, couple' permet le fonctionnement de la machine pour un couple 'tension, courant' donné.
DANS TOUS LES CAS, C'EST LA CHARGE QUI IMPOSE LE POINT DE FONCTIONNEMENT D'UNE MACHINE ELECTRIQUE (sauf cas particuliers).
Point nominal de fonctionnement :
C'est le point de fonctionnement « normal » prévu par le constructeur du moteur.
Notion de charge :
Pour un moteur, on appelle charge, le dispositif mécanique qui impose le couple de caractéristiques 'Fréquence de rotation, Couple'. (exp. Pour un ascenseur, c'est la vitesse de déplacement qui impose la fréquence de rotation, et la masse à déplacer qui impose le couple).
Pour un générateur, on appelle charge le dispositif électrique qui impose le couple de caractéristiques 'Tension, Courant'. (exp. L'éclairage d'un phare de vélo est imposé par la tension à ces bornes. Pour un éclairage constant, il faut rouler à une vitesse constante).
Critères de choix Electrique :
La nature réseau :
alternatif monophasé, triphasé avec ou sans neutre, multiphasé
Continu ;
Les caractéristiques :
Tension ;
Fréquence ;
Puissance ;
Voir les différents cours de physique et d'ESTI.
Critères de choix mécaniques :
Le choix dun convertisseur dépend essentiellement du type de charge : couple, vitesse, accélération, cycle de fonctionnement.
Chaîne de transmission :
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Pa : Puissance absorbée par le moteur en W ou kW ;
(m : Rendement du moteur ((m= Pu / Pa) ;
Pu : Puissance utile fournie par le moteur sur larbre en W ou kW (Pu = Tm (m) ;
Tm : Couple utile sur larbre moteur ou couple résistant opposé par la charge en Nm ;
(m : Vitesse de rotation de larbre moteur en rad/s ;
K : Rapport de réduction du réducteur (K = (r / (m ) ;
(r : Rendement du réducteur ((r = Pc/ Pu ) ;
Pc : Puissance demandée par la charge en W ou kW ;
(c : Vitesse de rotation de la charge en rad/s ;
Tc : Couple résistant de la charge en Nm ;
J : Moment dinertie de la charge en kg/m2 ;
On doit à l'aide des lois de la mécanique déterminer les paramètres PU, (m, Tm.
Type de couple résistant sur l'arbre de la machine :
La caractéristique du couple résistant en fonction de la vitesse définit les besoins de la machine entraînée. Lorsque cette caractéristique nest pas connue, elle est assimilée à lune des trois caractéristiques ci dessous.
Caractéristique de LEVAGE 1 :
Le couple résistant Tr est plus fort au décollage.
INCORPORER Equation.3
Exemples :
Bande transporteuse horizontale,
levage,
Caractéristique de ventilation 3 :
Le couple résistant Tr est assez faible au décollage. Il croit avec la vitesse selon une loi donnée : INCORPORER Equation.3
Exemples :
Pompe centrifuge,
Ventilateur.
Caractéristique d'essorage 4 :
Le couple résistant Tr est important au décollage, il décroît avec la vitesse. INCORPORER Equation.3
La puissance P est constante.
Exemple :
Essoreuse,
Concasseur.
Le moment dinertie :
Linertie caractérise les masses en mouvement (paramètre dynamique). Cest par son inertie quun système soppose aux changements de vitesse que lon veut lui imposer. La grandeur physique associée à linertie est le moment dinertie J en kg/m2
Etude de la dynamique :
Equation fondamentale :
Tm : Couple moteur ;
Ta : Couple accélérateur ;
Tr : Couple résistant opposé par la charge ;
J : Moment dinertie ;
Conditions de démarrage :
La machine ne peut démarrer que si le couple de démarrage de la machine est supérieur au couple résistant de la charge.
Exemples :
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INCORPORER Word.Picture.8
Le moteur démarre Td > TR0 Le moteur ne démarre pas Td < TR0
L'accélération est d'autant plus importante que : Tm est grand devant Tr ; J est faible.
Régime établi (point de fonctionnement) :
En régime établi la vitesse est constante. Donc le couple daccélération nexiste plus.
Fonctionnement stable de la machine :
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Le point de fonctionnement stable de la machine est le point où les couples moteur et résistant sont égaux.
Remarque :
Le moteur est généralement choisi afin que le point de fonctionnement A soit le plus proche possible du fonctionnement en régime nominal.
Ralentissement naturel de la machine :
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Le ralentissement naturel de la machine est obtenu par arrêt à la coupure de lalimentation du moteur à linstant t0.
Remarque :
L'arrêt de la machine est d'autant plus court que le moment d'inertie est faible.
À t = t0 INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3
Laccélération est négative donc ralentissement de la machine.
Freinage du moteur :
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Pour réaliser un freinage on ajoute à linstant t0 un couple de freinage Cf.
À t = t0 => INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3
Le couple de freinage peut être produit par :
Un élément mécanique ;
Un système électrique extérieur (frein à poudre, frein à courant de Foucault) ;
Par le moteur lui-même :
Par injection de courant continu ;
Un fonctionnement en génératrice.
En cas de coupure réseau, seul le frein mécanique assure limmobilisation de la charge.
Quadrants de fonctionnement dune machine :
Autres critères de choix d'un convertisseur électromécanique :
Choix en fonction de l'environnement :
Déclassement :
Les conditions normales dutilisation des machines standard sont : une température comprise entre -16 °C et 40 °C ; laltitude inférieure à 1000 m.
Des corrections doivent être apportées en dehors de ces valeurs.
INCORPORER Equation.3
IP :
Il faut s'assurer que la machine choisie sera protégée contre l'insertion de corps étrangers ainsi que contre les projections d'eau. Il faut que l'IP de la machine soit supérieur chiffre à chiffre à l'IP du local ou de l'armoire.
IK :
Comme pour l'IP, on doit s'assurer que la machine pourra supporter les chocs éventuels qui pourraient survenir en fonctionnement normal.
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Classe de T° :
Les bobinages d'une machine sont enduits d'un vernis qui s'altère avec des températures élevées. La norme a définit des classes d'isolation en température qui assurent un fonctionnement correct pendant au moins 105 heures.
Dans le cas où la machine utilisée fonctionnerait avec une température supérieure à celle de sa classe, il convient de corriger la durée de vie de la machine à l'aide du tableau de vieillissement thermique des isolants.
Classe
disolationEchauffement Maxi
(( (si (i ( 40 °C)Température Maxi
(i + ((A60 °C100 °CE75 °C115 °CB80 °C120 °CF100 °C140 °CH125 °C165 °C
Pour une température ambiante > à 40 °C, on déclasse la machine suivant les coefficients suivants :
(ik45 °C100/9550 °C100/9055 °C100/85
INCORPORER Equation.3
Services :
Le choix d'une machine est également conditionné par ses conditions de fonctionnement. Ainsi on définit 8 "services" type en fonction des régimes de fonctionnement ('Démarrage, Fonctionnement nominal, fonctionnement à vide, freinage, arrêt).
Critères géométriques :
L'encombrement de la machine peut dans certains cas poser des problèmes. On doit donc vérifier la position (horizontale ou verticale) et les cotes de la machine.
Exercice :
Un ascenseur est composé dune cabine de masse mc, dun contre poids de masse mp qui peut transporter des personnes pour une charge m. Le synoptique de ce système est donné ci dessous :
INCORPORER Word.Picture.8
INCORPORER Word.Picture.8
Létude se fera en régime établi et on suppose que les moments dinertie sont négligeables.
a- Donner lexpression du couple sur larbre de la poulie. Calculer ce couple pour une charge de :
- m = 200 kg ; - m = 100 kg ;
- m = 50 kg ; - m = 0 kg ;
b- Montrer que le couple est constant. En déduire le couple minimum de démarrage du moteur.
Donner les caractéristiques mécaniques du moteur nécessaire à son choix.
L'ascenseur se trouve dans un immeuble d'une station de ski à une altitude de 2000 m. Le local d'IP 235 à une température maximale de 50 °C.
Le moteur choisi à une puissance nominale de 1 ch, pour une fréquence de rotation de 3000 tr/min. Sa classe d'isolation thermique est A et son (( est de 60 °C, son IP est de 55. Service S1.
Déterminer si les contraintes de l'environnement doivent induire une modification dans le choix de la machine. (Déclassement par rapport à la température, déclassement par rapport à l'altitude, IP). Si oui calculer la nouvelle puissance du moteur.
Rechercher le service du moteur sachant qu'il possède un dispositif de démarrage et de freinage.
On suppose en première approximation que le moteur fonctionne 2 h par jours. Compte tenu de cette donnée, et des résultats précédents, calculer la durée de vie du moteur si la température augmente de 10 °C.
COURS : Entraînement des machines CI : Conversion dénergie en régime permanent
Etude des Systèmes Techniques Industriels Page PAGE 9 / NBPAGES 1
Electrique :
La nature réseau ;
Les caractéristiques ;
Mécanique :
Le couple ;
La fréquence de rotation ou vitesse de déplacement ;
La puissance
INCORPORER Equation.3 Et INCORPORER Equation.3
INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3
Si INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3 => INCORPORER Equation.3
