Actionneurs TP1 : moteur asynchrone triphasé

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1 Actionneurs P22 François Deleu David Perrin UTBM GMC4

2 1. THEORIE 1.1. Désignation plaques signalétiques définition des symboles MOT 3 ~ Moteur triphasé alternatif LS Série 8 Hauteur d'axe L Symbole de carter T Indice d'imprégnation N Numéro série moteur B Année de production J Mois de production 2 N d'ordre dans la série Code Réservé kg Masse IP55 Indice de protection I cl. F Classe d'isolation F 4 C Température d'ambiance maxi de fonctionnement, selon CEI 34-1 S % Service - Facteur de marche... c/h Nombre de cycles par heures V Tension d'alimentation Hz Fréquence d'alimentation min -1 Nombre de tours par minute kw Puissance nominale cos ϕ Facteur de puissance A Intensité nominale Δ Branchement triangle Y Branchement étoile DE Drive End roulement côté entraînement NDE Non drive end roulement côté opposé à l'entraînement 5 g Quantité de graisse à chaque relubrification (en grammes) 3 9 h Périodicité de relubrification (en heures) UNIREX N3 Type de graisse n.b.: La puissance inscrite sur la plaque signalétique est la puissance nominale utile sur l'arbre Pu (puissance mécanique)

3 1.2. Branchement des moteurs asynchrones triphasés Plaque à bornes Couplages exemple : moteur 3 x 23 V / 3 x 4 V Les moteurs standards sont équipés d une plaque de 6 bornes repérées (cf. figure) Lorsque le moteur est alimenté en U1, V1, W1 par un réseau L1, L2, L3, il tourne dans le sens horaire pour un observateur placé en bout d arbre En permutant 2 phases d alimentation, le moteur change de sens de rotation 1.3. Principes de variation de la vitesse de rotation (moteur asynchrone) caractéristiques mécanique C=f(N) variation de la fréquence variation de la tension C/Cn (N.m) C/Cn (N.m) N/Ns (tr/min) principe couramment utilisé (et qui sera le dernier point de ce TP). Il y a conservation du rendement pour toute fréquence N/Ns (tr/min) Principe peu utilisé (seulement pour de petites variations). Il y a réduction du glissement et donc du rendement - 3 -

4 2. PRATIQUE 2.1. Etalonnage du capteur de couple schématisation L d D m b l G F P m x données L=1 m m b =168 g m=2 g d= étalonnage à vide calcul du moment : Le moment théorique à vide (tenant uniquement compte masse m b de la barre) doit tenir compte du diamètre de la culasse du frein, on obtient : mesure du capteur : L + d C = Δ F C = m g =,838 N. m 2 On appellera c, la mesure effectuée par le capteur de couple. Celle-ci vaut 45 mv rapport du capteur : La relation entre couple et tension est linéaire, le rapport permettant de relier ces deux variables est donné par la relation : c k = =,5375 C étalonnage pour C=2 N.m calcul du moment : On déduit la longueur permettant d avoir un couple C 2 de 2 N.m : D C2 D C2 = Δ P C2 = l + m g l = =, 5841 m 2 m g 2 mesure du capteur : La mesure effectuée par le capteur de couple permet d obtenir c =15 mv rapport du capteur : On à vu précédemment que le rapport du capteur devait être constant ( k, 5375). Or avec les données du chargement, on trouve : c k = =,719 C2 D où k k Après vérification, l erreur proviendrait en fait du capteur de couple ; le corps d épreuve étant mal installé, il réagit aux turbulences extérieures (secousses)

5 2.2. Courbes de fonctionnement d un moteur asynchrone triphasé à cage Couplage Le réseau est 23/4 V, cela signifie 23 V entre phase et neutre et 4 entre phases. Le moteur est D 23 V et Y 4 V, cela signifie que chacune de ses bobines pourront recevoir au maximum 23 V pour un montage en triangle et 4 V pour un montage en étoile. Le réseau délivrant 4 V par phases, on choisira donc un montage en étoile Câblage unité centrale liaisons terre capteur vitesse frein à poudre capteur couple moteur interface voltmètre réseau 3x 23/4 V fig 1. schéma de câblage de l interface Caractéristiques évolutions de la vitesse de rotation et du couple On mesure la vitesse de rotation du moteur ainsi que le couple par le capteur de couple. On applique 2 rampes de freinage durant la période d échantillonnage dont la période est définie comme suit : %frein rampe de freinage s Ces courbes permettent bien de vérifier la relation reliant le couple à l inverse de la vitesse de rotation d un moteur

6 2.3. Observations des différents paramètres moteurs lors d un démarrage Principes de variation Le dispositif de démarrage doit satisfaire aux exigences suivantes: Mécanique Le moteur doit pouvoir démarrer (T d > T r ) Les conditions d'accélération doivent être compatibles avec la charge Electrique Le courant de démarrage (I d > I n ) doit être compatible avec l'alimentation électrique du moteur. La chute de tension au démarrage doit être inférieure à 1 %. Le courant au démarrage (I d ) ne doit pas provoquer le déclenchement des protections Réduction de l intensité au démarrage Id : intensité de démarrage In : intensité nominale Cd : couple de démarrage Cr : couple résistant Pour réduire la pointe d intensité au démarrage des moteurs (à rotor en courtcircuit), il faut réduire la tension d alimentation. La réduction de la tension d alimentation du moteur à pour conséquence la diminution du couple au démarrage. Influence de la variation de U sur I I/In (A) Influence de la variation de U sur C C/Cn (N.m) N/Ns (tr/min) N/Ns (tr/min) - 6 -

7 Caractéristiques On constate que les paramètres du démarrage du moteur sont le couple et l intensité. D après la théorie, on sait que I=f(C), ce qui devrait être la caractéristique à tracer afin d évaluer le démarrage du moteur. Cependant, le capteur de couple étant douteux, il paraîtrait légitime de supposer que les allures obtenues ne soient pas totalement justes. évolutions du couple et de l intensité Une rampe de freinage décrite comme suit est appliquée au moteur : 1 % rampe de freinage s On obtient des courbes caractéristiques proches de celles définies dans la partie théorique, ce autant pour le couple que pour l intensité qui diminue pour être minimale en régime nominal ; à faible vitesse, c est à dire avant l établissement du régime. D ailleurs la fréquence d échantillonnage montre bien avec 3 points de mesure entre et 11 trs/min qu il s agit une période transitoire. L intensité est ainsi maximale pour un vitesse quasi-nulle du moteur. évolution du rendement Une rampe de freinage décrite comme suit est appliquée au moteur : 1 % rampe de freinage s Si l on superpose les courbes de rendement et d intensité en fonction de la vitesse de rotation, on constate bien qu elles s opposent. En effet, comme I=f(C), si l intensité diminue, le couple diminue ce qui, ipso-facto provoque une diminution du rendement

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9 Fonctionnement d un moteur asynchrone avec un variateur électronique Câblage unité centrale liaisons terre capteur vitesse frein à poudre capteur couple moteur variateur fréquenc e interface voltmètre réseau 3x 23/4 V fig 2. schéma de câblage du variateur paramétrage du variateur Le variateur électronique permet de faire varier la vitesse du moteur en fonctionnement. Ce variateur doit être paramétré afin de s adapter aux caractéristiques du moteur. Ces paramètres sont pré-enregistrés dans l appareil, on se contente de les vérifier par rapport au câblage moteu. On choisit d afficher les caractéristiques en fonction du temps, car la puissance utile et directement reliée à la mesure du couple (erronée) Caractéristiques évolution du rendement L expérimentation à consisté à faire varier la fréquence délivrée au moteur par le biais du variateur de vitesse. La plage de fréquence du variateur est [-5 Hz] étalée sur la durée de l échantillonnage, c est à dire l allure suivante : 5 Hz rampe de fréquence 25 s On constate bien sur le graphe que le rendement est maximal (proche de 8,5 %) en fin d échantillonnage c est à dire pour 5 Hz, soit la fréquence nominale du moteur indiquée sur son bornier, pour laquelle on a le rendement optimal

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11 variateur de vitesse constante ou générateur de fréquence constante? On souhaite répondre à la question de savoir si l appareil est un variateur de vitesse assurant une vitesse constante ou si il fonctionne en générateur de fréquence constante. Pour cela, on règle le variateur pour une fréquence donnée (ici, 4 Hz) et l on applique une rampe de freinage progressive définie comme suit : %frein rampe de freinage s CONCLUSIONS On constate bien sur le graphique que le variateur ne compense pas la vitesse au cours du temps comme le ferait un système asservit. Dans le cas contraire d une compensation du variateur, on aura eu une courbe rectiligne. La fréquence délivrée par le variateur ne change pas, on à donc bien à faire à un générateur de fréquence constante Ce TP à permis d entrapercevoir le fonctionnement du moteur asynchrone. Les problèmes rencontrés, notamment au niveau du capteur de couple auront somme toute été bénéfiques : D une part afin d aiguiser notre sens critique devant les données scientifiques erronées et puis d un point de vue pratique, cela nous à permis d entrer plus en détail dans le fonctionnement «matériel» du TP. D autre part cela nous aura poussé à confronter et valider nos expérimentations avec la théorie extraite de la littérature électrotechnique 1. Enfin on voit à quel point, les capteurs (objets d étude de MC51) peuvent s avérer sensibles, particulièrement du point de vue de la mise en œuvre du corps d épreuve, qui aura vraisemblablement été l origine de ce mauvais fonctionnement. 1 sources : Bourgeois René, Dalle Patrick, Eric Esvan, Bernard Maizières et Eric Seuillot.- Electrotechnique, Automatique et Informatique Industrielle.- Data STI.- Paris : Foucher