Etudier et mettre en œuvre un variateur de vitesse Banc variation de vitesse Altivar 71 avec frein à poudre
1. Présentation de l Equipement Cet équipement est destiné à l apprentissage des différents modes de fonctionnement du variateur de vitesse ATV 71. Il permet d étudier le comportement d un moto-variateur lors de la simulation de différentes charges appliquées au moteur. 1.1 Constitution Le banc variation de vitesse est constitué d un ensemble monobloc sur roulettes permettant l étude d une solution d entraînement d un moteur asynchrone par un variateur de vitesse. Un frein à poudre permet de faire varier un couple résistant appliqué au moteur. Sa carte de commande, associée à un automate, permet de simuler différents types de charge mécanique et d étudier le comportement du moto-variateur. Le poste de travail dispose d une séquence de commande du variateur (commutateurs de sélection, voyants de signalisation) et de points de mesure sur douilles de sécurité pour relever les informations de tension et de courant. Un commutateur permet également de simuler des pannes simples pour exploiter les informations de diagnostics du variateur de vitesse. Banc variation de vitesse Institut Schneider Formation / 09-2006 3/23
1.2 Caractéristiques Caractéristiques du banc variation de vitesse Hauteur : 1460 mm ; Largeur : 675 mm ; Profondeur : 775 mm Poids : 150 kg environ Caractéristiques électriques Le banc est alimenté par un réseau électrique 400 V triphasé avec Terre. Tension : 400 V triphasé + neutre ± 10 % Fréquence : 50-60 Hz ± 5 % Branchement par prise de courant 3 P+T Puissance absorbée : 2 kva Courant de court-circuit conventionnel : 10 ka. Tension de tenue assignée de tenue aux chocs : 2,5 kv Classe de protection aux chocs électriques : II Catégorie d installation : II Le réseau électrique doit comporter en amont de l équipement un D.D.R (Dispositif Différentiel Résiduel) de sensibilité 30 ma de classe AC (non fourni). Caractéristiques techniques des principaux constituants Variateur de vitesse ATV71 avec carte d extension Entrée /Sortie : convertisseur de fréquence, pour moteur triphasé 1,5 kw alimentation 400 V. points de mesure tension et courant réseau, points de mesure tension et courant moteur, points de mesure température moteur, par sonde PT100, commande de coupure phase réseau, commande de court-circuit phase moteur, sélection des types de charge. Frein à poudre : Frein à poudre Merobel FRAT 650 pouvant simuler des charges : couple constant, couple proportionnel, couple quadratique. Mesure du couple par capteur Merobel à jauge de contrainte : capteur de force CY50. Un Vigitherme 120 à fermeture. Un ventilateur 248W 230V 50 Hz. Automate automate, avec 16 entrées / 12 sorties «tout ou rien», équipé d un module de 8 entrées analogiques, et d un module de 4 sorties analogiques. Moteur asynchrone : Moteur asynchrone 220-380 V triphasé 1,5 kw avec sonde PT100. Résistance de freinage protégée 100 ohms 50 W. Volant d'inertie amovible sur l arbre moteur. Mesure de vitesse par dynamo tachymétrique 0,06 V par tour. Alimentation : Un transformateur 230/400 V primaire 230 V secondaire 630 VA. Un transformateur 230/400 V primaire 24 V secondaire 100 VA. Une alimentation redressée filtrée primaire 230/400V secondaire 24 V 60 W. 4/23 Institut Schneider Formation / 09-2006
1.3 Fonctionnalités principales Le banc variateur de vitesse permet de réaliser des travaux pratiques sur la variation de vitesse des moteurs asynchrones. Le variateur permet de faire varier la vitesse du moteur asynchrone. Le banc variation de vitesse peut être utilisé en automatique ou en manuel pour la gestion du couple moteur. En mode automatique, il est possible d appliquer différentes valeurs pour les couples : C = Cn et C = K C = 0,75 Cn à 1,2 Cn et C = K (couple constant) ou C Kω 2 (couple quadratique) ou C = k / ω (inversement proportionnel à la vitesse). Le banc permet aussi l étude des protections thermiques du moteur asynchrone à l aide d une sonde de type Vigitherme et d une sonde de température. Il est possible de simuler des défauts (coupure de phase ou entrée de consigne non valide) à l aide d un commutateur de défaut. Institut Schneider Formation / 09-2006 5/23
Le banc équipé de douilles de mesure permet également d effectuer toute une série de relevés, dont : l évolution de la température moteur, le contrôle de la vitesse moteur, l image du couple moteur en tension, le courant variateur, la tension variateur, le courant moteur, la tension moteur. 6/23 Institut Schneider Formation / 09-2006
2. Pédagogie 2.1 Présentation de la pédagogie Le banc de variation de vitesse Altivar 71 avec frein à poudre a pour objectif pédagogique : Commander des moteurs asynchrones par convertisseur de fréquence. Mesurer des grandeurs physiques (courants, tensions, couple, vitesse, température). Comportements ajustables (lois couple / vitesse) par automate programmable. Réglage et configuration du variateur. Comportement en fonction de différentes charges mécaniques. Etude de la protection thermique. Comportement en phase de freinage. Il est destiné au filières suivantes : Professionnelles Secondaires Universitaires Ecoles d ingénieurs Automatisme - Informatique industriel Electrotechnique Maintenance Industrielle Productique Mécanique Travaux pratiques réalisables sur le banc : Ils sont constitués d un document professeur (corrigé) et d un document élève. TP1 : Etude de la mise en service Intentions pédagogiques : Exploiter un dossier technique. Effectuer une mise en service classique dans les règles de l art d après les normes C15-100, NE 60 204, ED 46 INRS. Etudier et contrôler les diverses sécurités Etudier et lire les divers schémas Identifier les divers éléments constitutifs du banc ATV 71 Approfondir ses connaissances sur l appareillage électrique. Mise en situation de dépannage Intentions pédagogiques : Exploiter un dossier technique. Maîtriser la lecture et l'analyse de schémas électriques sur plusieurs folios. Acquérir de la méthode dans la recherche de défauts. Utiliser le matériel de contrôle adapté. Institut Schneider Formation / 09-2006 7/23
TP3: Configuration du variateur Intentions pédagogiques : Régler et configurer le variateur suivant un niveau d'accès autorisé. Mettre en évidence le contrôle des phases de démarrage et d'arrêt par le variateur. Vérifier le procédé utilisé pour la variation de vitesse. Etudier le comportement du variateur suivant le paramétrage. TP4: Dimensionnement d'une résistance de freinage Intentions pédagogiques : Mettre en évidence le caractère de non réversibilité énergétique du variateur. Mettre en évidence le rôle et la structure du dispositif de dissipation de l'énergie mécanique. Déterminer la valeur de la résistance de freinage en utilisant une notice constructeur. Valider le fonctionnement par des mesures pertinentes. TP5: Analyse harmonique Intentions pédagogiques : Mettre en évidence le fait que la présence de courants harmoniques génère des pertes supplémentaires dont il faut tenir compte dans le dimensionnement des câbles. Mettre en évidence les phénomènes par des mesures. Valider une méthode de calculs par des mesures pertinentes. TP6: Fonctionnement en survitesse Intentions pédagogiques : Choisir un ensemble moto-variateur par rapport à un contexte fonctionnel précisé. Mettre en oeuvre un variateur de vitesse par rapport à un contexte fonctionnel précisé. Paramétrer un variateur de fréquence pour une application en survitesse à l'aide d'un logiciel de paramétrage. Effectuer des mesures pertinentes sur le banc. TP7: Etude du couple TP 7-1: Etude du couple constant Intentions pédagogiques : répondre aux questions posées dans le manuel TP 7-2: Etude du couple quadratique Intentions pédagogiques : calculer un couple sur une chaîne de transmission, mesurer le couple et la vitesse dans différentes configurations et commenter les résultats. TP 7-3: Etude du couple hyperbolique Intentions pédagogiques: répondre aux questions posées dans le manuel TP8: Etude thermique du moteur asynchrone Intentions pédagogiques : Etudier le convertisseur. Contrôler TP9: Moteur asynchrone alimenté par un variateur de fréquence Intentions pédagogiques : 8/23 Institut Schneider Formation / 09-2006
Mettre en évidence le rôle de certains paramètres de réglage du variateur de fréquence au travers d'essais simples: compensation de RI, compensation de glissement, gain et stabilité. Mettre les élèves dans la situation de prévoir et décrire un protocole expérimental par rapport à un cahier des charges de mesures. TP10: Utilisation du logiciel Power Suite Intentions pédagogiques : Apprendre la mise en oeuvre d'un logiciel de paramétrage d'un variateur de fréquence. Institut Schneider Formation / 09-2006 9/23
2.2 Exemples de pédagogie 10/23 Institut Schneider Formation / 09-2006
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3. Eléments fournis avec l équipement 3.1 Matériel fourni Un banc à variation de vitesse ALTIVAR71 avec frein à poudre, référence MD1AA570. Une console de paramétrage du variateur (encliqueté sur le variateur). Un logiciel du coupleur Merobel sous CD-ROM. Un câble de liaison 9 points mâle/femelle pour le contrôleur numérique du frein à poudre. Un adaptateur pour la console de paramétrage du variateur. Un câble de liaison pour déporter la console du variateur. 3.2 Matériel non fourni Appareils de mesure pour les travaux pratiques (multimètre, oscilloscope, sondes de mesure, cordons etc. ). Tout autre élément non cité dans le paragraphe Matériel fourni. 3.3 Documentation Un manuel de travaux pratiques, référence : MD1AD572. Une notice technique, référence : MD1AD571. Un guide d exploitation ALTIVAR 71. Un guide de programmation terminal d exploitation. Un guide d exploitation carte extension E/S. 4. Coordonnées Institut Schneider Formation CITEF S.A.S. 89 Boulevard Franklin Roosevelt BP 50604 F-92506 Rueil Malmaison cedex N Azur : 0810 815 815 http://www.formation.schneider-electric.com e-mail : isf@fr.schneider-electric.com Institut Schneider Formation / 09-2006 23/23