BATTEUR MELANGEUR CENTRE D INTERET : CI 3 : Motorisation, conversion d énergie THEMATIQUE : E2 Structure et fonctionnement d un moteur asynchrone E4 Architecture de la chaîne d énergie, puissance et rendement E6 La commande modulée de la chaîne d énergie Compétences attendues : E2- Vérifier les performances au regard des spécifications du cahier des charges, E4- Déterminer les grandeurs énergétiques des éléments fonctionnels de la chaîne d énergie (puissances d entrée et de sortie, rendement) E6- Identifier et régler les paramètres de commande liés à la variation de vitesse, PROBLEMATIQUE : Déterminer les caractéristiques des entrées et des sorties de chaque élément constituant la chaîne d énergie afin de justifier le choix de chacun d'entre eux. PRESENTATION DU SYSTEME BESOIN: Le batteur mélangeur BE10 est un appareil professionnel pour la boulangerie, la pâtisserie ou la cuisine, conçu pour pétrir toutes sortes de pâtes, émulsionner les sauces, foisonner les blancs d oeufs et mélanger ou malaxer différentes préparations. BATTEUR MELANDEUR Page 1 / 11
CONSTITUTION : Il comprend essentiellement (voir DT01) : Un bâti en tôle peinte reposant sur un piétement équipé de quatre patins réglables, qui renferme : le moteur, le variateur de vitesse électronique, le tableau de commande. Une tête protégée par un capot, renfermant : le mécanisme de réduction de vitesse, le planétaire avec l arbre porte-outils, l écran de sécurité cuve, le levier de remontée du berceau porte cuve, côté droit (système «monte baisse») Une cuve en inox amovible Un jeu de trois outils fournis en équipement standard un crochet spiral pour pétrir, une palette pour travaux demi-durs, un fouet pour toutes les émulsions. Outre les opérations de chargement - déchargement de la cuve et de mise en place des outils, l utilisateur doit pouvoir piloter le système. Il dispose à cet effet d un tableau de commande (DT01 - figure 5) présentant : 1. - un bouton rotatif permettant de régler la vitesse de rotation du moteur, 2. - une manette permettant de gérer la durée de fonctionnement (minuterie), 3. - un poussoir «marche», 4. - un poussoir de type coup de poing «arrêt». TRAVAIL DEMANDE 1. Etude de la chaîne d énergie. Question1 : A l'aide de la présentation du batteur mélangeur DT01 et du schéma de câblage DT02, indiquer sur le schéma ci-dessous la nature des énergies (électrique, mécanique ou pneumatique) ainsi que les différents constituants (réponse proposées: Variateur; Porte planétaire; Prise réseau; Machine asynchrone; Système de transmission de mouvement) faisant partie de la chaîne d énergie du batteur mélangeur. EDF Energie... Energie. Energie.. Energie.. Alimenter Distribuer Convertir Transmettre BATTEUR MELANDEUR Page 2 / 11
2. Etude de la documentation technique du moteur et du variateur : La plaque signalétique du moteur du batteur mélangeur nous donne les informations suivantes : V (volts) n (tr/min) f (Hz) P (kw) cosϕ I (ampères) 220/240 1500 50 0,37 0,68 2 Question 2 : En exploitant schéma électrique de l'installation DT02 et la documentation Leroy-Somer DT03, préciser: - le mode de couplage du moteur (étoile ou triangle). - le type de cage (d'écureuil ou à bagues) du rotor de ce moteur. Question 3 : La référence du variateur de vitesse est : Altivar 16 (U09M2). En exploitant la documentation Télémécanique DT06 : - Justifier le choix du variateur. - Préciser la tension d'alimentation du moteur. En déduire le courant absorbé nominal du moteur. 3. Etude du comportement de l ensemble moto-variateur à vide (sans produits dans le bol): La vitesse de rotation du moteur pour les positions extrêmes du potentiomètre permettant de faire varier la vitesse est : position minimale: 590 tr/min. position maximale: 3600tr/min. Question 4 : Sachant que le rapport de réduction des vitesses du moteur et du porte planétaire est égal à 1/20 et en tenant compte de la description de la chaîne d'énergie page 2, déterminer la plage de vitesse du porte planétaire. BATTEUR MELANDEUR Page 3 / 11
Pour chaque position du potentiomètre, on a mesuré les caractéristiques suivantes du moteur: - la tension U d'alimentation en utilisant un voltmètre qui donne la valeur efficace vraie d'une tension découpée. - l'intensité du courant I absorbé, ainsi que la fréquence f en utilisant la pince ampèremétrique raccordée à un oscilloscope. position 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 f (Hz) 20 33 40 54 64 83 96 106 117 125 U (V) 170 196 226 245 247 249 250 252 254 254 I (A) 1,7 1,26 1,2 1,04 0,87 0,7 0,66 0,64 0,63 0,6 Question 5 : Tracer la caractéristique U=f(f). U = (fréquence) 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Question 6 : Commenter la courbe et justifier la forme par rapport aux différents types de pâtes (remarque : vitesse lente utilisée pour mélanger des pâtes présentant un couple résistant important, vitesse rapide utilisée pour des pâtes plus liquide). Comparer la courbe obtenue à celle que donne le constructeur du variateur dans DT06. BATTEUR MELANDEUR Page 4 / 11
4. Etude du comportement de l ensemble moto-variateur en charge: Pour la position 4 du potentiomètre et pour un fonctionnement à demi charge (3 kg de farine, 1,5 l d'eau), on a relevé la puissance absorbée par le batteur: P ab = 300 W. Question 7 : A partir de la documentation du variateur (DT06), déterminer la puissance minimale en sortie de l'altivar (variateur). Question 8: En tenant compte de la description de la chaîne d'énergie page 2, déterminer la relation entre la puissance absorbée par le moteur et la puissance de sortie de l'altivar (variateur). Question 9 : A partir de la documentation technique DT04 du moteur Leroy-Somer (tenir compte du rendement du moteur à demi-charge 1/2 comme le montre DT05 ), déterminer la puissance utile du moteur. Question 10: Préciser la relation liant le rendement du batteur aux rendements du variateur et du moteur. En déduire le rendement du moto variateur. Données: Le rendement du variateur est de 0,93. BATTEUR MELANDEUR Page 5 / 11
DT01 : PRESENTATION DU BATTEUR MELANGEUR BATTEUR MELANDEUR Page 6 / 11
DT02 : SCHEMA DE CABLAGE DU BATTEUR MELANGEUR BATTEUR MELANDEUR Page 7 / 11
DT03 : TABLEAU DE CHOIX D'UN MOTEUR LEROY-SOMMER ASYNCHRONE TRIPHASE BATTEUR MELANDEUR Page 8 / 11
DT04 : CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES BATTEUR MELANDEUR Page 9 / 11
DT05 : MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE : PUISSANCE - COUPLE RENDEMENT - COS ϕ 1) Définitions. La puissance utile (Pu) sur l arbre du moteur est liée au couple (M) par la relation : Pu = M.w où Pu en W, M en Nm, w en rad/s et où w s'exprime en fonction de la vitesse de rotation en min -1 par la relation : w=(2.π.n) / 60 La puissance active (P), absorbée sur le réseau, s exprime en fonction des puissances apparente (S) et réactive (Q) par la relation : S = P + Q (S en VA, P en W et Q an VAR) La puissance P est liée a la puissance Pu par la relation : Pu P = η où η est le rendement de la machine. La puissance utile Pu sur l'arbre moteur s'exprime on fonction de la tension entre phase du réseau (U en Volts), du courant de ligne absorbée ( I en Ampères ) par la relation : Pu = U I 3 cosϕ η où Cos ϕ est le facteur de puissance dont la valeur est trouvée an faisant le rapport : BATTEUR MELANDEUR Page 10 / 11 2 cos ϕ = 2) Influence de la charge moteur sur le Cos ϕ et le rendement. Les rendements et les Cos ϕ évoluent en fonction de la charge du moteur. La grille ci-dessous donne en fonction des valeurs 4/4 (pleine charge) les caractéristiques des valeurs intermédiaires. Ces valeurs sont des moyennes et ne doivent être utilisées qu à titre indicatif. Rendement : η P S 2 Facteur de puissance : Cos ϕ 1/2 3/4 4/4 1/2 3/4 4/4 1/2 3/4 4/4 1/2 3/4 4/4 94.5 96 96 72 75 75 0.86 0.9 0.92 0.5 0.62 0.71 93.5 95 95 71 74 74 0.85 0.89 0.91 0.49 0.62 0.7 92.5 94 94 70 73 73 0.83 0.88 0.9 0.48 0.61 0.69 91.5 93 93 68 72 72 0.8 0.86 0.89 0.47 0.6 0.68 91 92 92 67 71 71 0.78 0.85 0.88 0.46 0.59 0.67 90 91 91 66 70 70 0.76 0.84 0.87 0.46 0.59 0.66 89 90 90 65 69 69 0.75 0.83 0.86 0.46 0.58 0.65 88 89 89 64 67 68 0.73 0.81 0.85 0.46 0.58 0.64 87 88 88 62 66 67 0.71 0.8 0.84 0.45 0.57 0.63 86 87 87 61 65 66 0.69 0.79 0.83 0.44 0.56 0.62 85 86 86 60 64 65 0.67 0.77 0.82 0.44 0.56 0.61 84 85 85 59 63 64 0.66 0.76 0.81 0.44 0.55 0.6 83 84 84 57 62 63 0.65 0.75 0.8 82 83 83 56 60 62 0.63 0.74 0.79 81 82 82 55 59 61 0.61 0.72 0.78 80 81 81 54 58 60 0.59 0.71 0.77 79 80 80 53 58 59 0.58 0.7 0.76 77 79 79 52 57 58 0.56 0.69 0.75 76 78 78 51 55 57 0.55 0.68 0.74 75 77 77 49 54 56 0.54 0.67 0.73 76 76 76 0.52 0.63 0.72
DT06 : CARACTERISTIQUES DU VARIATEUR DE VITESSE BATTEUR MELANDEUR Page 11 / 11