GESTION DE LA CABINE DU MONTE-CHARGE MC20

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1 GESTION DE LA CABINE DU MONTE-CHARGE MC20 Dossier D Ce dossier conien les documens suivans : - Présenaion générale :... page D2. - Travail demandé :... pages D3 à D7. - Documens réponses :... pages D8 à D12. D1

2 Présenaion Nore éude va porer sur la gesion des mouvemens de la cabine du mone-charge MC20. Comme ous les ascenseurs e mone-charge du sade, la moorisaion es de ype asynchrone. La machine asynchrone es commandée par un variaeur à Modulaion de Largeur d'impulsions (M.L.I.) associé à un auomae. Nous aborderons les conraines de sécurié e les moyens mis en œuvre afin d'améliorer le confor des usagers. Ce dossier se décompose en 4 paries indépendanes. Elles peuven êre raiées séparémen. Synopique Sécuriés Marche provisoire A.P.I. Turbo Appels des éages Réseau E.D.F. Variaeur VF Machine riphasée asynchrone D2

3 D1. Amélioraion du confor des usagers du Mone-Charge La moorisaion du mone-charge MC20 es du ype asynchrone riphasé à cages (encoches profondes). Ce moeur es associé à un variaeur de viesse élecronique ype MLI. Le bu de nore éude es de mere en évidence que l uilisaion du moeur asynchrone avec conrôle de la caracérisique du couple en foncion de la variaion de viesse, perme d évier les à-coups pendan les phases de démarrage e de freinage de la cabine du mone-charge. Schéma équivalen d un enroulemen d un moeur asynchrone : V1 : Tension aux bornes d un enroulemen saorique V2 : Tension aux bornes du roor Z1 (R1, L1 s) : Impédance d un enroulemen saorique R0 : Résisance représenan les peres fer. L0 : Inducance magnéisane saorique Z2 (R2, gl2 s) : Impédance roorique ramenée au saor. g.m : rappor de ransformaion de ension (Roor / Saor) s roor g : glissemen = s s s = avec p : Nombre de paires de pôles p s : Pulsaion des courans saorique ( s = 2 f ) D1.1 D après le schéma équivalen, donner l expression de la puissance au roor, Pr, en foncion de V2, I2 e cos 2, pour les rois enroulemens de la machine. D1.2 Donner l expression de cos 2 en foncion de R2, g.l2. s. D1.3 On néglige l impédance d un enroulemen saorique. Que peu-on dire des ensions V1 e V1. Jusifier. D1.4 Donner alors l expression de V2 en foncion de V1 e du rappor de ransformaion. D1.5 Donner l expression de I2 en foncion de V1, R2, g.l2. s e du rappor de ransformaion. D3

4 D1.6 Remplacer I2, V2 e cos 2 dans l expression de Pr e simplifier. D1.7 On donne l expression du couple au roor Cr = Démonrer que Cr peu s écrire 3.m².V1². p. s Pr g. s. R2² g.r2 (g.l2. D1.8 Pour ravailler à couple maximum Cr max, il fau que le erme R2² maximum. On monre que : g.(l2. s)² g s)² R2² g R2 g.(l2. Dans ce cas, donner l expression de R2, puis remplacer dans l expression du couple Cr. s)² soi D1.9 Démonrer alors Cr max = K V Définir la consane K. f Cee démonsraion me en évidence que le couple maximum dépend du rappor Vs. Si ce f rappor es mainenu consan, la caracérisique du couple se déplace horizonalemen en suivan la variaion de la fréquence de roaion, le couple maximum pouvan êre disponible ou au long de ce déplacemen, e ce, dans les limies de foncionnemen de la machine, des caracérisiques du réseau e de divers paramères. D1.10 Sur le documen réponse DR D1, on a racé une parie de la caracérisique «nominale» du moeur C N f du mone-charge MC20, pour V1 = U = 400 V Cn Ns par enroulemen saorique e f = 50 Hz. On précise Cn = 28 Nm, Nn = 1488 r/min. a) Calculer K. V 1 b) Pour un rappor = cse, racer pour N = 0,75.Ns e N = 0,5.Ns, les nouvelles f caracérisiques de couple. Indiquer dans chaque cas les valeurs N e C max. c) Conclure sur l inérê de l uilisaion d un moeur asynchrone avec une loi de V 1 commande en = cse, e couple résisan consan. f D4

5 D2. Mise en œuvre simplifiée de la Modulaion de Largeur d Impulsion. Srucure du converisseur : Commande Obje de l'éude V C1, V C2 e V C3 Réseau E.D.F ~ M 3~ Dans le variaeur, le commuaeur MLI sinus es composé de 6 IGBT e 6 diodes de "roue libre". Ce pon onduleur a pour bu de fournir au moeur un sysème de ension alernaive riphasée d'ampliude e de fréquence variables. La variaion de fréquence de la ension appliquée, au moeur es obenue en faisan varier la fréquence des signaux de commande des IGBT. La mise en œuvre d une régulaion par Modulaion de Largeur d Impulsions es complexe. Nous n'aborderons ici que le principe de base. Travail demandé D2.1 Éude d'un monage comparaeur. D après le schéma suivan, compléer le documen réponse DR D2.1. +V CC V - V + -V CC V S D2.2 En réalié, la ension de référence n es plus un signal carré, mais une sinusoïde de fréquence f. Compléer le documen réponse DR D2.2. +V CC V ria V ref -V CC V C1 D2.3 Pour pouvoir commander une machine asynchrone, les signaux de commande V C1, V C2 e V C3 doiven permere de reconsiuer un réseau riphasé. Quelle paricularié doiven avoir les signaux de référence pour saisfaire à cee exigence? D5

6 D3. Éude du posiionnemen de la cabine Le confor des personnes dépend de la précision à laquelle la cabine se posiionne, e des disances d accéléraion e décéléraion. Pour cela, un disposiif opoélecronique 2 voies a éé placé sur la cabine, en regard d une bande perforée ou du long de la course du mone-charge. Dans cee parie, nous allons éudier la gesion du posiionnemen de la cabine grâce à ce leceur incrémenal qui perme de réguler la viesse e d avoir une bonne précision d arrê. 7mm Bande perforée 14mm CAA CAB Capeur 003 Capeur «003» : Alimenaion 24 V CC CAA e CAB : Cellules phooélecriques en quadraure (déphasage 1/4 de période) permean de doubler la résoluion. Gesion des frons monans e descendans permean de quadrupler la précision. Cellules à l'éa "1" lorsqu'elles reçoiven le faisceau lumineux. Déecion magnéique des éages. Rappels des données mécaniques : Course oale : mm Viesse de déplacemen : V = 1m/s Éages : 0 1 : 6,33 m 1 2 : 3,43 m 2 3 : 2,43 m 3 5 : 7,02 m 5 6 : 3,87 m D3.1 Tracer sur le documen réponse DR D3 l allure des signaux V CAA e V CAB en descene à viesse nominale (2 périodes), ainsi que le signal résulan de la gesion auomae Vg=V CAA V CAB. Indiquer les frons sur les signaux. D3.2 Calculer la précision globale du sysème P G. D3.3 Calculer la résoluion R G du capeur en poins par mère (ps/m). D3.4 Calculer le nombre de poins oal à acquérir pour déplacer le mone-charge de l éage 1 à l éage 5. D3.5 Le cahier des charges impose le passage en peie viesse (approche) à une disance de 162 cm. Déerminer le nombre de poins à parir duquel, l informaion du ralenissemen sera donnée, pour un déplacemen de l éage 6 vers l éage 5. D6

7 D4. Les sécuriés Un mone-charge es oujours équipé d un sysème de sécurié servan à palier un défau d alimenaion. Un frein à "manque de couran" joue son rôle s il n es pas alimené. Ainsi pour le débloquer, il es nécessaire de le commander. Nous allons éudier la mise en œuvre de ce frein. Duran les phases de mainenance, il es uile aux employés de pouvoir déplacer la cabine comme ils le souhaien. Ainsi, avan oue inervenion, une procédure doi êre respecée. En voici un exrai : Pour effecuer la marche provisoire «chanier», il es indispensable de reser sous le conrôle des sécuriés mécaniques e élecriques : régulaeur de viesse, parachue, bouon Sop à accrochage Procédure à suivre : Mainenir la plaine Turbo 3000 (auomae + variaeur) sous ension, S assurer qu il y a bien du 110V AC enre 1S e CV, Câbler le conac NF du régulaeur de viesse enre 1S e 3S Câbler enre 4S e 6S le conac du parachue NF e le Bouon Sop NF, Raccordemen à effecuer (à reirer à la mise en Service normale) 24V EM EB CA CB MU4 STH 3S 4S 6R 8S 10S Brancher les bouons poussoirs NO Monée (MO) e Descene (DE) respecivemen enre MREV MU4 e DREV MU5 D4.1 En enan compe de la procédure, compléez le schéma du documen réponse DR D4. D4.2 Es-il possible, lors du démarrage de la cabine, que le moeur soi alimené alors que le frein reien le mone-charge? Jusifier vore réponse par rappor aux auorisaions L e S. D7

8 Documen réponse DR D1 D8

9 Documen réponse DR D2.1 V - V + V S +V CC -V CC D9

10 Documen réponse DR D2.2 V ria V ref V 1 +V CC -V CC D10

11 Documen réponse DR D3 V CAA V CAB Vg=V CAA V CAB D11

12 Documen réponse DR D4 Schéma de raccordemen de la plaine Turbo V C CV 24 V T 1S Parachue RMS REB EM EB 3S 4S Sop Régulaeur Capeur CA CB MO MU5 DREV 6S Relais DEFT X29 DE MU4 MREV STH 6R 8S 10S L S S L X14 L S Auomae REB : Réglage e arrê révision bas RMS : Réglage e arrê révision hau : Bornier élecromécanique : Bornier auomae CA : Faisceau capeur supérieur CB : Faisceau capeur inférieur L : Auorisaion d'alimenaion du moeur S : Auorisaion d'alimenaion du frein D12

13 Elémens de correcion Parie D D1. Amélioraion du confor des usagers de l ascenseur La moorisaion de l ascenseur MC20 es du ype asynchrone riphasé à cages (encoches profondes). Ce moeur es associé à un variaeur de viesse élecronique ype MLI. Le bu de nore éude es de mere en évidence que l uilisaion du moeur asynchrone avec conrôle de la caracérisique du couple en foncion de la variaion de viesse, perme d évier les à coups pendan les phases de démarrage e de freinage de la cabine d ascenseur. Schéma équivalen d un enroulemen d un moeur asynchrone : V1 : Tension aux bornes d un enroulemen saorique V2 : Tension aux bornes du roor Z1 (R1, L1 s) : Impédance d un enroulemen saorique R0 : Résisance représenan les peres fer. L0 : Inducance magnéisane saorique Z2 (R2, gl2 s) : Impédance roorique ramenée au saor. g.m : rappor de ransformaion de ension (Roor / Saor) s roor g : glissemen = s s s = avec p : Nombre de paires de pôles p s : Pulsaion des courans saorique ( s = 2 f ) D1

14 D1.1 Pr 3. V2. I2.cos 2 D1.2 cos 2 R2 Z2 R2 R2² ( g. L2. s)² D1.3 V1 = V1 car la chue de ension due à Z1.I1 es négligée. D1.4 V2 = m.g.v1 =m.g.v1. D1.5 I2 V2 Z2 m. g. V1 R2² ( g. L2. s)² D1.6 Pr 3.( m. g. V1)². m. g. V1 (.. )². R2 R2² g L2 s R2² ( g. L2. s)² R2 Pr 3.( m. g. V1)². R2² ( g. L2. s)² D1.7 On donne l expression du couple au roor Cr = R2 3.( m. g. V1)². R2² ( g. L2. s)² Cr g. s Pr g. s. avec s = p s Cr = 3.m².V1². p. s R2² g.r2 (g.l2. s)² R2² D1.8 Pour Cr max on a : g.(l2. s)² g R2² g. g.( L2. s)² R2 = g.l2. s On a donc : Cr m V p g. L2. s 3. ². 1².. s ( g. L2. s)² ( g. L2. s)² Cr m V p 1 3. ². 1².. s 2. g. L2. s D1.9 Démonrer alors Cr max = K V Définir la consane K. f D2

15 Avec s = 2..f Cr p 1 3. m². V1² f 2. g. L f Cr max = K. V 1 2 avec K m p 1 3. ². f 8. ². g. L2 D1.10 U = 400 V e f = 50 Hz. On précise Cn = 28 Nm, Nn = 1488 r/min. a) K Cr max 2 avec Cmax = 2,5.Cn = 2,5 x 28 = 70 N.m U f K = 1,09 b) Pour un rappor U = cse, racer pour N = 0,75.Ns e N = 0,5.Ns, les nouvelles f caracérisiques de couple. Indiquer dans chaque cas les valeurs N e C max. D3

16 c) L uilisaion d un moeur asynchrone avec une loi de commande en U = cse avec f couple résisan consan perme de faire de la variaion de viesse à couple consan. D2. Mise en œuvre simplifiée de la Modulaion de Largeur d Impulsion. D2.1 Cf. documen réponse D2.1 Cf. documen réponse D2.3 Pour pouvoir commander une machine asynchrone, les signaux de commande V C1, V C2 e V C3 doiven êre déphasé de 120 D3. Éude du posiionnemen de la cabine D3.1 Calculer la précision globale P G du capeur 003. D3.2 P G du capeur : Pour une voie on a 14/2 = 7 mm. P G du sysème : 2 voies 7/2 soi une précision de P G = 3,5mm. p 1 D3.3 R G du capeur : R G = d = 142,85 p/m D3.4 Eage 1 à 5 : D = 3,43+2,43+7,02 = 12,88 m D4

17 Nbr ps = R.D = 142,85 x 12,88 = 1840 ps. D3.5 d = 162 cm. Disance de l éage 6 vers l éage 5 : d =3,87 m. D = d d = 3,87 1,62 = 2,25 Nbr ps = R.D = 142,85 x 2,25 = 321 ps. D4. Les sécuriés D4.1 Voir documen réponse DR D4. D4.2 Il es possible, lors du démarrage de la cabine, que le moeur soi alimené alors que le frein reien le Mone-Charge. D5

18 Documen réponse DR D2.1 V - V + V S +V CC -V CC D6

19 Documen réponse DR D2.2 V ria V ref V 1 +V CC -V CC D7

20 Documen réponse DR D4 Schéma de raccordemen de la plaine Turbo V C CV 24 V T 1S Parachue RMS REB EM EB 3S 4S Sop Régulaeur Capeur CA CB MO MU5 DREV 6S Relais DEFT X29 DE MU4 MREV STH 6R 8S 10S L S S L X14 L S Auomae REB : Réglage e arrê révision bas RMS : Réglage e arrê révision hau : Bornier élecromécanique : Bornier auomae CA : Faisceau capeur supérieur CB : Faisceau capeur inférieur L : Auorisaion d'alimenaion du moeur S : Auorisaion d'alimenaion du frein D8