CHARIOT INDUSTRIEL 1 Présentation du moteur-frein Le moteur-frein associe, en un seul ensemble électro-mécanique, un moteur et un frein (document 1). Le frein permet d arrêter le moteur et le système entraîné, mais aussi de les maintenir immobiles. Le moteur-frein comporte : Un moteur : rotor + stator assurant la motorisation, Une commande : électro-aimant + ressort assurant le serrage et le desserrage, Une friction : garniture + contre-matériau assurant le freinage. L inertie de l ensemble tournant moteur + frein est égal à JM = 1.10-3 kg.m2. Le temps de réponse du frein au desserrage est t1 = 30 ms. On évite d alimenter le moteur durant cette période afin de limiter l usure du frein. Le moteur M (document 3) est une machine asynchrone de puissance utile PU = 370 W, de tension d alimentation 230/400 V, de vitesse de synchronisme NS = 1500 tr/min, cette machine est triphasée et ses enroulements sont couplés en triangle ( ) en fonctionnement normal. Pour diminuer l appel de courant et les à-coups de couple, la machine est couplée en étoile (Υ = sous alimentée) pendant les trois premières secondes (t2) du démarrage. La commande du frein (), du couplage du moteur (,Υ) et du sens de rotation (AR,AV) est réalisée à l aide de contacteurs à commande monostable (ressort de rappel au repos des contacts électriques), pour des raisons de sécurité. Le circuit électrique de puissance est représenté sur le document 3. A noter que le moteur ne fonctionne que si l on sélectionne un sens de rotation par l intermédiaire de AR ou AV et un couplage (Υ ou ). Le relais thermique (RT) est un appareil de surveillance (et non de coupure) fournissant à la partie commande un signal rt = 1 en marche normale et rt = 0 en cas d échauffement du moteur. Le moteur-frein effectivement utilisé pour le chariot est représenté en coupe sur le document 2. A noter que la demi-coupe supérieure et la demi-coupe inférieure correspondent à deux états différents du frein : serré ou desserré. QUESTION 1 : Préciser l état (serré ou desserré) sur les deux demi-coupes. Expliquer le fonctionnement du système de freinage (vous pouvez vous aider de schémas, diagramme, blocs fonctionnels,..). Existe-t-il un moyen de réglage de la force du frein? Si oui, lequel? 2 Application à un chariot industriel Le moteur-frein est utilisé pour assurer les déplacements d un chariot industriel de 8 tonnes sur une voie unique horizontale (document 3). La vitesse linéaire est vs = 18 m/min, le rendement du réducteur entre le moteur et l axe des roues est η = 0,9, la résultante des actions de résistance aux roulements ( s opposant au déplacement ) est définie par kr = 0,12 N/kg. L inertie en rotation des parties tournantes du chariot (réducteur et roues) est négligeable devant la masse du chariot. On supposera que la vitesse en charge du moteur est égale à NS (en réalité, il existe un glissement de quelques % du moteur asynchrone). Enfin, on pourra utiliser les arrondis suivants dans les calculs : g 10 m.s-2 et π 3. QUESTION 2
Vérifier que la puissance du moteur est suffisante pour entraîner le chariot à vitesse nominale (moteur à Ns et chariot à Vs). Calculer le couple résistant ramené sur l arbre moteur en fonctionnement nominal. Donnez l énergie cinétique emmagasinée par le chariot à vitesse maximale. QUESTION 3 Compléter la partition des entrées/sorties et le GRAFCET (ci-après) de l automatisme qui gère les déplacements du chariot par l intermédiaire des contacteurs du circuit de puissance (Document 3). L opérateur ne dispose que de deux boutons-poussoirs : BPav pour le déplacement suivant AV et BPar pour le déplacement dans le sens AR. Ce système ne fonctionne qu avec l aide d un opérateur. Le chariot ne doit se déplacer que lorsque l opérateur appuie sur l un des deux BP précédents. Au relâchement de ces BP, le chariot doit aussitôt freiner et s immobiliser puis attendre une nouvelle commande par l intermédiaire des BP. En cas d échauffement (détecté par le relais RT), il faut prévoir une coupure automatique et instantanée de l alimentation du moteur. Les BP ne doivent plus pouvoir être actifs tant que le relais indique la surcharge. 0 1 Partition des E/S 10 E/S t1 = t2 =.. AV t2/x10. rt. BPav 11 AV 20 Y rt + BPav AR t2/x20. rt. BPar 21 AR rt + BPar Y 2/5
Document N 1 FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR-FREIN L'armature est la pièce métallique attirée par l'électro-aimant. Lors de l'alimentation du moteur-frein, l'électroaimant attire l'armature, comprime le ressort et desserre le frein, le moteur démarre en même temps. A la coupure de l'alimentation, l'électro-aimant libère l'armature, le ressort serre alors la friction et assure le freinage. C'est le fonctionnement d'un frein à commande de repos. Quand on commande le repos du moteur-frein (coupure de l alimentation), il y a freinage. Le freinage est obtenu par la poussée du ressort, donc sans apport d'énergie extérieure. C'est un freinage en toute sécurité. C'est le mode de commande le plus utilisé Lors de l'alimentation de l'électro-aimant, l'armature, attirée, comprime le ressort, il y a serrage du frein. En alimentant plus ou moins l'électro-aimant, on freine plus ou moins fort. On obtient ainsi un ralentissement contrôlé du moteur. A la coupure de l'alimentation, le ressort est libéré et desserre le frein. CHOIX DU MODE DE COMMANDE Type de commande Repos Travail Force de freinage exercée par: Ressort Électro-aimant Électro-aimant Non alimenté 0 Alimenté 1 Avantage Sécurité Pilotage du freinage 3/5
4/5
5/5