Monte charge : Moteur asynchrone et variateur

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1 Monte charge : Moteur asynchrone et variateur CORRECTION Préparation : - DETERMINATION ET CHOIX DU MOTEUR ASYNCHRONE - A partir des données du dossier technique sur le système de levage, déterminer la puissance utile du moteur nécessaire pour équiper notre système de levage (pour la charge maximale) et sa vitesse nominale. En déduire la vitesse de synchronisme correspondante. F = m. g = 500*9,81 = 4905 N V = 10 m/mn 10/60 V= 0,166 m/ s Pch = F. V = 817,5 W Pm= Pch/η = 817,5/0,8 pm = 1021,8 W Ωt = V/R =2*V/R = 0,166*2/0,2173 = 1,046 rd/s Avant le reducteur Ωm = Ωt*100 = 104,6 rd/s N = 999,14 tr/mn Ns = 1500tr/mn - A partir du dossier technique, choisir la référence du moteur et donner ces principales caractéristiques. LS 90 S devrait suffire, mais pour plus de sureté on choisira le LS 90 L ETUDE DES QUADRANTS DE FONCTIONNEMENTS : A On rappelle l ordre des quadrants ci-dessous. 1 Dans quels quadrants, le moteur absorbe-t-il une puissance active? Quadrant 1 et 3 1/6

2 2 Dans quels quadrants le moteur fonctionne-t-il en génératrice? Quadrant 2 et 4 3 Dans quel quadrant y a t-il freinage pendant la descente (On suppose la vitesse négative pendant la descente)? Quadrant 2 4 Pour chacun des quatre quadrants de fonctionnement, préciser le sens de l'énergie (Réseau Variateur Moteur Charge) ou (Charge Moteur Variateur Réseau). Quadrant1 : Réseau Variateur Moteur Charge Quadrant2 : Charge Moteur Variateur Réseau Quadrant3 : Réseau Variateur Moteur Charge Quadrant4 : Charge Moteur Variateur Réseau ETUDE INTERNE DU VARIATEUR DE VITESSE ATV45U15 : Soit le schéma de puissance interne de l'altivar : 1 Donner les désignations et rôles des ensembles 1, 2 et 3 représentant la structure interne de l'altivar. 1 : Redresseur : éliminer la partie négative 2 : filtre : avoir une tension continue constante 3 : Onduleur MLI obtenir un courant sinusoïdale 2 Donner le rôle des diodes qui sont placées en "antiparallèle" avec les transistors. Permettre la circulation de courant de la charge vers le reseau, diode de roue libre 3 Les transistors utilisés sont des Darlington. Représenter le schéma interne de ces transistors. Darlington = Deux transistors monté en série 2/6

3 4 Les Altivars construits actuellement sont constitués de transistors IGBT. Quels avantages procure ce remplacement? Facilité de commande : IGBT se commande en tension, un bipolaire en courant 5 Compte tenue de la structure interne du variateur utilisé, l'énergie peut elle revenir au réseau lors de la phase (Charge Moteur Variateur Réseau)? JUSTIFIER! Non, le pont de diode empêche le retour 6 Que risque-t-il alors de se passer? Le condensateur va voir sa tension augmenter, jusqu'à sa destruction 7 Quelle solution est retenue par Télémécanique? Expliquer son fonctionnement. Ajouter un résistance commande par transistor lorsque la tension aux bornes du condensateur devient trop importante CHUTE DE TENSION : 1) Quelle est la chute de tension maximale autoriser par la norme NFC % force motrice bâtiment public Le système de levage se trouve alimenté par un câble en cuivre de 100m de long de section 2,5mm². 2) Calculer alors la chute de tension au démarrage dans le câble. (en volt et en %) 2,5mm² en cuivre, Cosφ= 0,8 100 m 5% 410 V moteur LS90L Au fonctionnement nominal : Par lecture tableau u = 12,8 V/Akm U IN l u = 3,5*0,1*12,8 = 4,48V ΔU = 4,48/410= 1,1% inferieur 5% Au démarrage : Cosφ= 0,5 id = 5,9*3,5=20,65 A Lω = 0,08mΩ/m R = 22, /2,5=0,009 Ω/m S 3/6

4 U I N l 3 Rcos L sin = 20,65*100* 3(0,009*0,5+0,00008*0,866)=16,3 V Chute de tension de Du= 3,97 % Avec le tableau en prenant un Cosφ= 0,6 : U IN l u = 20,65*0,1*9,6 = 19,824 V ΔU = 19,824/410 = 4,84% Valeur limite, il serait préférable de prendre une section de câble supérieur 3) Sachant que P=TΩ et T=kU² ; Exprimer la perte de couple en %. On prend Du = 3,97 % U =0,96.U T-T = 0,96²=0,922 d où une perte de couple de 7,78% Soit environs 2*Du 4) Quel problème risque-t-on de rencontrer? Le moteur ne peut pas démarrer si le couple est inferieur au couple de démarrage, mais peut de risque car on a un rapport de 2,8 entre le couple nominal et le couple de démarrage Par contre, le moteur risque la surchauffe car si on perd du couple on perd aussi de la puissance 0,0778*1,5 kw = 116 W avec le moteur LS90L Si on avait pris le moteur LS90S, on ne pourrait plus soulever la charge à la vitesse demandé, trop de perte de puissance Manipulation Première partie : Etablir une notice de mise en service du monte charge : - Enclencher le sectionneur le voyant blanc s allume - Tournée l interrupteur a clef et appuyer sur le bouton marche le voyant vert s allume - Sur la platine variateur tourner le commutateur orange, il s allume - Vérifier que l Altivar est bien sous tension régler ses paramètres avec le bouton Pbu et les potentiomètres de réglage associé - Rester appuyer sur le bouton monté ou descendre selon le sens désiré - Si les fins de course de sécurité déclenchent : délivrer le système en appuyant en même temps sur le bouton forçage et descente si la charge est en haut, monté si elle est bloquée en bas. 4/6

5 Deuxième partie : Etude de la variation de vitesse On désire obtenir deux fonctionnements différents dont les allures de la vitesse du moteur vous sont données ci-après : Mettre, le système en marche et effectuer le réglage des paramètres de l'altivar pour le premier cas dont les valeurs sont : FRH = 40Hz ; ACC = 2,5s ; DEC = 1,2s ; LSP = 20Hz ; HSP = 50 Hz ; UFR = n0,0 ; Ith = 4,2A. - Relevés fait avec une sonde différentielle de tension (x50)et une pince ampéremétrique (x10) - Dynamo tachy 5V = 1500 tr /mn En monté : 5 A Pointe de courant au démarrage 10 A Freinage en courant continu Palier du a la protection en courant de l Altivar 1260 tr/mn 625 V 1,8 s 1 s Jaune = courant Bleu = tension entre phase jaune = courant bleu = vitesse La tension est de forme MLI, le courant est a peu prés sinusoïdal, la vitesse a un palier au démarrage, car le variateur limite la pointe de courant. La valeur max de la tension est a peut prés égal a 410Vx 2 5/6

6 En descente : Jaune = courant Bleu = tension entre phase jaune = courant bleu = vitesse Les formes de la tension et du courant en régime établi sont identique. La valeur de la tension, (625 V max) aussi, par contre la valeur du courant est plus faible, 4 A, il y a besoin de moins de couple pour entrainer la charge en descente. On retrouve le palier sur la vitesse du a la limitation de courant, l accélération ( 1,5s) est beaucoup moins constante et plus rapide qu en monté, toujours a cause de la limitation en courant, donc de couple. Lors de la décélération (toujours de 1 s), la charge étant entrainante, cela demande plus de couple, donc de courant pour arrêter le moteur le freinage a courant continu reste identique Effectuer le réglage des paramètres de l'altivar pour le deuxième cas. La seule valeur à modifier étant ACC = 0,2s. 6/6

7 On note que le courant de démarrage est beaucoup plus important, 17 A. et qu il semble impossible d avoir une accélération inferieur a 1 seconde EXPLOITATION DES RELEVES Pour chacun deux cas (tacc = 2s et tacc = 0,2s), compléter le tableau suivant. Moteur : P N = 2,2kW n N = 1420 tr/mn Charge : 250 kg Montée Acc I a (établi) I d t d n établi Détails des calculs 2s 3,3 A 6,6 A 1,8 s 0,2s 3,3 A 10,5 A 1 s Dém. Direct 3,7 A 33 A 180 ms 1188 tr/mn 1188 Tr/mn 1320 tr/mn Mesures effectuées au voltmètre et la pince ampérométrique Vitesse lue sur l afficheur - Si l'on considère qu'un fonctionnement pour un temps d'accélération de 0,2s est quasiment identique à un démarrage direct, comparer les intensités de démarrage de ces deux fonctionnements. Si vous constatez une différence significative, donnez en la cause tout en la vérifiant. Intensité plus grande en démarrage direct, car le variateur possède une limitation en courant - Comparer les temps obtenus avec les temps programmés. Si vous constatez une différence significative, donnez en la cause. Le temps programmer ne correspond pas au temps mesurer puisque le temps programmé correspond au temps pour atteindre 50 Hz T mesurer/ vitesse = temps programmer/ vitesse de synchronisme - Comparer la vitesse en régime établi avec celle programmée. Si vous constatez une différence significative, donnez en la cause. Le système n étant pas bouclé, il n y a pas de compensation du glissement, d où une chute de vitesse entre la vitesse programmer, correspondant a la vitesse de synchronisme et la vitesse réel : Ω=(1-g)Ωs 7/6

8 - Quel est le rôle de ce freinage par injection de courant continu? Assurer l arrêt complet de la charge le plus rapidement possible - Après disparition du freinage par injection de courant continu, quel appareil assure l'immobilisation de la charge? Le frein a manque de courant bloque le câble - A partir des relevés, déterminer la fréquence des signaux. Environs 25 ms - Comparer la fréquence mesurée avec celle programmée. Si vous constatez une différence significative, donnez en la cause. Elles doivent être identiques La fréquence est différente car nous sommes encore dans la phase d accélération - Que pouvez vous dire de l'allure du courant dans les enroulements du moteur alternatif. o Il est a peu prés sinusoïdale - Pourquoi le courant n'a pas la même allure que la tension (créneaux) qui est appliquée au moteur. Pour avoir un couple régulier dans une MAS, le courant doit être sinusoïdale, le moteur joue le rôle de filtre pour ne garder que le fondamentale de la tension MLI Troisième partie : chute de tension A) le système est alimenté par un câble de 100m U en bleu I en jaune La fréquence, la forme et Le courant est le même, Par contre on note une baisse de la tension maximum (-10 V) 8/6

9 - déterminer la chute de tension dans les câbles en V et en %. Sortie variateur 412V Entrée moteur 406 V Chute de tension de 6 V soit 1,4% - Calculer alors la perte de couple au démarrage en Nm et en %. Environs 2x1,4 = 2,8 % Pour le moteur LS90L Cd = 2,8 Cn Avec Cn = P/Ω = 1500x60/(1420x2xπ)=11 N.m Cd = 30Nm d où une perte de 0,84 N.m négligeable B) le système est alimenté directement reprendre alors les questions du A. pas de chute de tension donc pas de perte de couple Conclure sur les problèmes engendrés par une chute de tension au démarrage La charge soulevée doit être moins lourde pour pouvoir être soulevé. 9/6