TP 05 Etude de la chaîne d'énergie

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1 OBJECTIFS Etude de la chaine d'énergie. Etude du cycle de montée et de descente de la station de levage. Etude de la fonction acquérir (capteur de vitesse). POINTS DU PROGRAMME ABORDES Organisation fonctionnelle d'une chaîne d'énergie Comportement énergétique des systèmes Caractérisation des énergies Transformateurs et modulateurs d énergie associés Actionneurs : moteurs électriques à courant continu ou asynchrone. Modulateurs : Variateur de vitesse Acquisition et codage de l'information. Capteur de vitesse SUPPORTS ET DOCUMENTATIONS UTILISES Station de levage Hydro Technic. Dossier technique et mise en service du système. CONDITIONS DE REALISATION Travail en binôme Durée : 4h Compte rendu à rendre en fin de la séance p.1/10

2 Le monte-charge permet de déplacer une charge verticalement. Il est possible de modifier : la vitesse maximale de déplacement, la rampe d'accélération (temps nécessaire pour atteindre la vitesse maximale), la rampe de décélération. But : Etudier la chaîne d'énergie pour un cycle de montée et de descente conforme au graphique cidessous. tr/mn s Accélération 1 s Décélération t (s) Partie A : Mise en service A1 : En vous aidant de l'analyse fonctionnelle donnée en annexe n 2, compléter le diagramme FAST de l'annexe n 3 : A2 : Relever les caractéristiques du moteur indiquées sur la plaque signalétique. P n =. U n = I n = N n = A3 : Mettre le système sous tension en utilisant la fiche de mise en service incluse dans la documentation. La mise en service se fera en présence du professeur responsable. A4 : Déplacer la charge vers le haut. Lire la vitesse de rotation du moteur sur l'afficheur. p.2/10

3 A5 : Déplacer la charge vers le bas. Lire la vitesse de rotation du moteur sur l'afficheur. A6 : Que constatez-vous? Pouvez-vous justifier votre réponse. A7 : Quelle est la vitesse maximale que l'on peut atteindre en phase de montée? Partie B : Détermination du rapport de réduction. B1 : Sur le schéma ci-contre, repérer les différents éléments ; - Moteur - Tambour de treuil - Réducteur - Disque de frein - Charge p.3/10

4 B2 : Sur le dessin ci-dessous repérer les éléments suivants : o Le moteur. o Le tambour du treuil. o Le câble. o Le réducteur. B3 : Le plan du réducteur ainsi que sa nomenclature sont donnés en annexe n 5 et 6. Sur le plan ci-contre repérer les éléments suivants : - Moteur - Treuil - Réducteur p.4/10

5 B4 : Faire fonctionner le système et observer la vitesse du moteur et celle du tambour de treuil. Que constate-t-on? B5 : En déduire quel est le rôle du réducteur B6 : Sur le schéma cinématique ci-dessous repérer les 3 arbres du réducteur. o Arbre moteur Colorier en bleu Repérer 1 o Arbre intermédiaire Colorier en rouge Repérer 2 o Arbre de sortie Colorier en vert Repérer 3 B7 : Sur l éclaté ci-dessous on retrouve les 3 arbres du réducteur Repérer les différentes roues dentées définies sur le schéma ci-dessus. rs r2 p.5/10

6 B8 : Le rapport de réduction, noté r, de ce réducteur est définit par le rapport suivant : N t : Vitesse de rotation du tambour (en tr/min) Remarque : Z 2 : représente le nombre de dents de la roue 2 N m : Vitesse de rotation du moteur (en tr/min) A l aide de la nomenclature et du plan du réducteur en annexe, déterminer les nombres de dents des roues suivantes : Z 2 =... Z 3 =... Z S =... Z 4 =... Z 5 =... Z 6 =... B9 : A l aide de la formule donnée ci-dessus et des résultats trouvés à la question précédente, déterminer le rapport de réduction Partie C : Détermination de la vitesse du moteur C1 : En vous aidant des caractéristiques du palan données à l'annexe n 1, indiquer : la masse de la charge = la hauteur totale de déplacement = la vitesse linéaire maximale =... C2 : Calculer la vitesse de rotation maximale en sortie du treuil.. p.6/10

7 C3 : A partir des caractéristiques du réducteur, calculer la vitesse de rotation maximale (en tr/mn) en sortie du moteur. C4 : Sachant que la vitesse de rotation est proportionnelle à la position du potentiomètre, régler celui-ci pour obtenir une vitesse de 800 tr/mn. Faire vérifier par le professeur responsable. Partie D : Mesure de la vitesse du moteur La vitesse de rotation du moteur est mesurée à l'aide d'une dynamo tachymétrique. Vitesse de rotation CAPTEUR Tension 0 à 10 V Dynamo tachymétrique La tension en sortie du capteur est disponible sur la sortie analogique (sous l'afficheur). D1 : Mesurer la tension obtenue sur la sortie analogique (afficheur) pour une vitesse de montée de 800 tr/mn. D2 : Mesurer la tension obtenue sur la sortie analogique (afficheur) lorsque le monte-charge est à l'arrêt. p.7/10

8 On veut connaître l'évolution de la tension de sortie du capteur en fonction de la vitesse de rotation du moteur. D3 : Pour les positions 2, 4, 6, 8, 10 du potentiomètre, mesurer la tension obtenue sur la sortie analogique pour une montée du monte-charge. Complétez pour cela le tableau ci-dessous. Pos potentiomètre Montée n (tr/mn) U (V) D4 : A partir des mesures effectuées à la question précédente, calculer la "constante de vitesse" (rapport entre la grandeur de sortie et la grandeur d'entrée) de la dynamo tachymétrique. D5 : Relever ce rapport sur la plaque signalétique de la dynamo tachymétrique et comparez-le au calcul précédent. Partie E : Etude du cycle de montée Un relevé du cycle de montée a été effectué à l'aide d'un oscilloscope à mémoire sur la sortie analogique du monte-charge. L'oscillogramme est donné sur l'annexe n 4. E1 : Sur cet oscillogramme, déterminez : - la valeur maximale =. - la rampe d'accélération =. - la rampe de décélération =. p.8/10

9 E2 : Ces valeurs correspondent-elles aux valeurs souhaitées au début du TP? Justifiez votre réponse. E3 : A l'aide de la documentation constructeur du variateur de vitesse, indiquer comment modifier ces rampes d'accélération et de décélération. Partie F : Mesure de courant, de tension et de puissance absorbée On souhaite mesurer la tension, l'intensité absorbée et la puissance absorbée par le montecharge pendant un cycle de fonctionnement (montée et descente). F1 : Pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer l'intensité (bornes X21 et X22 du pupitre de commande) pendant la phase de montée pendant la phase de descente I Montée =. I Descente =. F2 : Toujours pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer la tension (bornes X23 et X24 du pupitre de commande) pendant la phase de montée pendant la phase de descente U Montée =. U Descente =. p.9/10

10 F3 : Toujours pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer la puissance absorbée. pendant la phase de montée pendant la phase de descente P Montée =. P Descente =. On veut connaître l'évolution de l'intensité et de la tension en fonction de la vitesse de rotation du moteur. F4 : Pour les positions 2, 4, 6, 8, 10 du potentiomètre, mesurer le courant et la tension du moteur en montée et en descente. Complétez pour cela le tableau ci-dessous. Pos potentiomètre Montée Descente U Mot (V) I Mot (A) U Mot (V) I Mot (A) F5 : Tracer les courbes U MOT = f (Pos Pot) et I MOT = f (Pos Pot) pour la montée. F6 : Que pouvez-vous en conclure? p.10/10

11 ANNEXE N 1 : Caractéristiques du palan Poulies Caractéristiques système : hauteur totale = 2,5 m masse de la charge = 250 kg vitesse linéaire maximale = 0,22 m/s Câble Caractéristiques tambour : diamètre extérieur = 225 mm diamètre intérieur = 190 mm rendement = 0,9 masse volumique = 7,8 kg/dm 3 Hauteur totale Charge Caractéristiques réducteur : rendement = 0,8 rapport de réduction = 0,013 Caractéristiques des poulies : diamètre = 140 mm rendement = 0,95 Treuil + réducteur Moteur Annexes p.1/7

12 ANNEXE N 2 : Analyse fonctionnelle Diagramme des besoins Utilisateur Charge < 250 kg Monte charge Déplacer une charge verticalement Annexes p.2/7

13 Structure fonctionnelle position vitesse effort Consigne de vitesse Acquérir TRAITER COMMUNIQUER Capteur de vitesse, de position, d'effort Pupitre de commande Chaîne d'informations Circuit de commande Ordres Voyants Afficheurs Info visuelles Afficheurs Charge en position initiale PROTEGER MODULER CONVERTIR TRANSMETTRE Déplacer Energie électrique Disjoncteur général VARIATEUR DE VITESSE Moteur Réducteur + Treuil la charge Chaîne d'energie Annexes p.3/7 Charge en position finale

14 ANNEXE N 3 : Diagramme FAST à compléter FP1 Déplacer une charge verticalement FT11 Gérer le système FT111 Alimenter en énergie FT112 Acquérir informations ST111. ST112. FT113 Donner des ordres ST113. FT114 Moduler l'énergie ST ST1142 FT115 Protéger matériels et personnes ST1151 Grille de protection ST FT12 Monter la charge ST121 FT13 Descendre la charge FT14 Transmettre le mouvement ST14 FT15 Limiter les efforts ST15 Annexes p.4/7

15 ANNEXE N 4 : Oscillogramme 0 Annexes p.5/7

16 ANNEXE N 5 : Nomenclature 23 Roue intermédiaire Z = 76 dents 22 Pignon intermédiaire Z = 20 dents 21 1 Plaque mobile 20 2 Ressort Plastique 19 1 Crochet 18 1 Poulie de moufle 17 2 Goupille élastique 16 2 Accouplement cannelé 15 1 Electro aimant 14 2 Garniture Ferodo 13 1 Disque 12 1 Câble 11 1 Guide enrouleur de câble Polyamide 10 1 Tambour 9 1 Couronne dentée Z = 84 dents 8 1 Arbre dentée de sortie Z = 20 dents 7 1 Roue dentée de sortie Z = 108 dents 6 1 Arbre entrée réducteur Z = 22 dents 5 1 Arbre intermédiaire 4 1 Arbre moteur 3 1 Carter de réducteur AS Moteur triphasé asynchrone 1 1 Châssis E24 Rep Nb Désignation Matière Observations Annexes p.6/7

17 ANNEXE N 6 : Plan moteur + treuil Annexes p.7/7

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