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2- SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE
ELECTRIQUE
2 – 1 Etude globale d’un système
FOUR ELECTRIQUE
POUR LA CUISSON DE LA
PORCELAINE
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Electrotechnique
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
PRESENTATION
Les pièces en porcelaine sont cuites en trois phases:
1) Une cuisson dite de dégourdi qui permet de rendre les pièces
suffisamment résistantes pour les manipulations ultérieures. Cette cuisson se fait
à 950°C souvent dans des fours électriques.
2°) Une cuisson à 1400°C dite cuisson d'émail qui donne à la pièce ses caractéristiques
définitives, que ce soit pour la tenue mécanique, la porosité ou la blancheur.
3°) Une cuisson dite de décors qui s'effectue entre 820°C et 1280°C. Cette dernière
phase est très délicate car le produit qui a pris toute sa valeur ajoutée peut encore être rebuté
si par exemple la couleur des émaux n'est pas bien rendue. Cette cuisson est le plus souvent
faite dans des fours électriques.
Si pour le dégourdi les fours électriques ne posent aucun problème particulier, pour le
décor ils ont beaucoup contribué à diminuer le temps de cuisson et les rebuts, ils sont
inexistants pour la cuisson de l'émail, les fours utilisés étant traditionnellement à flamme pour
pouvoir obtenir simplement l'atmosphère réductrice nécessaire en cours de cuisson.
http://www.terramic.com/fours%20electriques.htm
http://www.maisonporcelaine.com/fr/techs/index.htm
http://www.ceradel.fr/
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
DESCRIPTION DU FOUR
- température maximale de fonctionnement 1420°C
- volume utile: 1.8 m3
- dimension de la charge ( L x l x h ) :
2.8m x 0.8m x 0.8m
- densité de chargement:
600 kg/m3 en cuisson de grand feu (1420°C)
300 kg/m3 sur cuisson de décors
- cycle froid à froid:
5 heures en cuisson grand feu
24 heures en cuisson de décors
- possibilité d'obtenir une atmosphère réductrice dans la chambre à partir d'injection de
carburant liquide (méthanol, éthanol, isopropanol)
- sole mobile ayant un fonctionnement très doux pour éviter la casse des produits.
- système de refroidissement permettant de diminuer les cycles de cuisson
- régulation sur résistances et sur charge
- équipement de puissance (modulateurs à thyristors) fonctionnant en train d'ondes, adapté
pour fonctionner avec les résistances Kanthal Super
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
De fin 1985 à courant 1987 : conception et réalisation du four.
Fin 1987 : Mise en service et première cuisson; une réussite totale. La porcelaine est
parfaitement blanche. Ce four est exemplaire par sa polyvalence et sa qualité. Les premiers
résultats qui suivent ont été obtenus après une cuisson sans optimisation des cycles ni des
chargements.
Cuisson de dégourdi:
980°C - 6h30 de montée en température et de palier.
Charge: 254 kg de porcelaine, 176 kg de supports, soit un total de 430 kg.
Consommation: 290kWh.
.
Consommation spécifique: 0.68 kWh/kg
Cuisson de grand feu:
1250°C - 5hOO de montée en température et de palier.
Charge: 86 kg de porcelaine, 380 kg de supports, soit un total de 466 kg. Consommation:
370kWh.
Consommation spécifique: 0.8 kWh/kg
Cuisson de porcelaine :
1400°C - réduction en fin de cycle - 6h30 de montée en température et de palier. Charge: 115
kg de porcelaine, 399 kg de supports, soit un total de 474 kg. Consommation: 430kWh et 16 kg
de méthanol.
Consommation spécifique: 0.9 kWh/kg
En plus des essais spécifiques à la porcelaine, l'utilisation quotidienne de ce four pour la
cuisson de décors grand feu (1420°C) sur faïencerie d'art a montré sa polyvalence. La
séparation des fonctions de chauffage et de création d'atmosphère permettra à l'artisan
comme à l'industriel d'obtenir à volonté des atmosphères spéciales qui pourront favoriser la
création de nouveaux produits.
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Approche fonctionnelle :
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Diagramme sagittal :
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
Alimentation régulée d’une enceinte chauffante :
Le Four est chauffé par des résistances de puissance 4 kW. L'alimentation de ces
résistances sera réalisée par l'intermédiaire d'un gradateur par train d'ondes triphasé‚
GRADIPAK (Télémécanique) par un réseau triphasé 400V.
La régulation est assurée par un régulateur EUROTHERM 818 P compatible avec:
- une sonde de température du type thermocouple K
- le gradateur pour fournir une tension de commande en 0 -10V
Caractéristiques de l'enceinte chauffante :
Elle est équipée de résistances pouvant porter la température du Four à
1 000 °C en une heure et demie environ quand celui-ci est alimenté à pleine charge.
Un thermocouple type K est implanté dans l'enceinte chauffante, donnant ainsi l'image
de la température.
Détail du four :
Capteur de température :Thermocouple type K
Résistances
Isolant céramique
Parois métalliques extérieures
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
Description des modes de fonctionnement :
1- Mise en service
L’installation étant sous tension, le gradateur peut être alimenté par appui sur le
bouton marche après avoir acquitté les défauts en actionnant le bouton poussoir
défaut. Le circuit de contrôle est alors alimenté ; l’installation est alors prête à
fonctionner suivant une consigne élaborée par le régulateur ou par le pont diviseur
de tension en mode préchauffage.
2- Préchauffage du four
A la mise sous tension, le four peut être alimenté sous puissance réduite afin d’éviter
un choc thermique trop important des résistances. Le signal de commande du
gradateur sera limité à 5V au maximum afin de limiter la puissance de chauffe à
50%. Cette tension sera ajustable à l’aide d’un pont diviseur de tension ( Résistance
+ Potentiomètre voir schéma de puissance) branché sur l’alimentation 0-15V du
gradateur. Le temps de préchauffage sera lui aussi réglable en agissant sur le relais
temporisé RE1LC014 (voir schéma de commande)
3- Marche Normale
En marche normale, le gradateur est commandé par un signal analogique de 0 à 10
volts( Cavalier du sélecteur en position 5 voir page 21), provenant du régulateur.
Celui-ci comprend plusieurs modes de fonctionnement manuel – automatique –
programmé permettant de réaliser les différents fonctionnements souhaités.
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
Description des résistances :
Le four a une puissance totale de 4kW, fournie par une batteries de 6 résistances (R
environ 20  ) .
Pour diminuer l’intensité en ligne, on a choisi d’alimenter celle-ci sous une tension de
400V triphasé donnant un In d’environ 6A (4000 /400 3) correspondant à un couplage série
étoile des résistances.
R
R
L1
Alimentation triphasée
L2
issue du gradateur
L3
Schéma de principe du raccordement des résistances du four
R
1
L1
R
2
3
R
4
5
R
6
7
R
8
L2
9
R
10
11
12
L3
Alimentation triphasée issue du gradateur
Schéma du bornier de raccordement des résistances du four
(placé à l’arrière du four)
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Description du gradateur :
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TC
R0V10
M0V10
FHD None
232
96
SF
03
0 1000
C AM
RH
E IN S N
MN
MN
H
Entrée Thermocouple
Sortie régulée 0-10V
Retransmission de la mesure 0-10V
Alarme de bande
Type de liaison V24
Vitesse
Bornier à vis en français
Thermocouple type K
Affichage mini
Affichage maxi
Unité en °C
Auto-manu
Départ -arrêt
Manuelle validée
Compensation interne
Intégrale et dérivée en seconde
Pas de compensation de variation secteur
Rampe en minutes
Palier en minutes
Maintien sur écart
Néant
818P4
Régulateur Programmable
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Description du régulateur :
Les caractéristiques complètes sont données dans la codification de la référence
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Description des touches et de l’affichage
Afficheur supérieur :
- Visualisation de la mesure exprimée en degré celsius
Afficheur inférieur :
- Visualisation de la consigne, si le régulateur fonctionne en
mode automatique ;
-
Visualisation de la puissance de sortie si le régulateur
fonctionne en mode manuel (la légende MAN « manuel » est
illuminée)
-
Visualisation de la consigne externe si la consigne externe a été
sélectionné ( la légende EXT ou REM « consigne externe » est
illuminée)
-
Visualisation de tous les paramètres de régulation (en utilisant
la touche scrutation)
Affichage de la valeur d’un
paramètre/décrémentation de
cette valeur
Commande auto/manu
Affichage de la valeur d’un
paramètre/incrémentation de
cette valeur
Lancement/maintien du
programme ou de la rampe
Sélection de la consigne
externe
Bouton de scrutation des
paramètres
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Description du raccordement :
Alimentation
1
2
3
Liaison
communication
Sortie
grandeur réglante
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Eurotherm 818 P4
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
TC+ TCAlarme
Entrée thermocouple
Sortie retransmission
Fonctionnement manuel :
Lorsque le régulateur fonctionne en mode manuel, la légende MAN est éclairée.
Pour passer du mode automatique au mode manuel, il suffit d’appuyer sur la touche
.
En mode manuel, il est impossible de valider une consigne de température.
Seule la grandeur réglante Y exprimée en % peut être programmée ( assimilable à
un fonctionnement en boucle ouverte). La grandeur réglante Y est alors affichée à la
place de la consigne sur l’afficheur inférieur et peut être modifiée par les touches
incrémentation et décrémentation. Le passage du mode automatique au mode
manuel et vice versa peut être effectué à n’importe quel moment par l’intermédiaire
de la face avant du régulateur.
Fonctionnement automatique :
Quand le régulateur fonctionne en mode automatique, la légende « MAN » est
éteinte. On ajuste alors la consigne de température W et le régulateur calcule la
grandeur réglante pour obtenir la valeur de température souhaitée. Les
performances du régulateur sont fonctions des paramétrages (Pb, Ti, Td…).
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Fonctionnement automatique programmé :
Un programmateur interne au régulateur permet de réaliser quatre programmes
de seize segments comprenant huit rampes et huit paliers, les quatre programmes
pouvant être chaînes les uns au autre.
Exemple de programme :
Température en °C
Niveau de la rampe 3
PL1 = 200°C
Niveau de la rampe 2
PL1 = 150°C
Niveau de la rampe 1
PL1 = 50°C
Temps
Palier 3
Pd3= END
Chauffage 3
Pr3= 15 min
Palier 2
Pd2= 20 min
Chauffage 2
Pr2= 5 min
Palier 1
Pd1= 15 min
Rampe 1
Pr1= 15 min
ambiant
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Paramètre de régulation:
Paramètre
Numéro du programme 1 à 4
Mnémonique
Valeur
Pnr1 ou Pnr2 ou
Pnr3 ou Pnr4
Accès aux paramètres de programmation voir page suivante
Consigne 1
SP1
=W
Consigne 2
SP2
400 °C
Auto-réglable
St
Auto-adaptation
At
Auto-réglage et autoSAt
adaptation
Seuil de déclenchement de
Atr
l’auto-adaptation
Alarme 1
AL 1
350 °C
Bande Proportionnelle
Pb
0,9 %
Temps Intégrale
ti
334 secondes
Temps dérivée
td
39 secondes
Action proportionnelle
cbl
off
anticipée ou retardée (sortie
inverse)
Action proportionnelle
cbh
off
anticipée ou retardée (sortie
directe)
Limite max Y1
HL
100%
0%
Puissance en cas de rupture
Sbr
capteur
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Paramètre de programmation:
Les paramètres de programmation apparaissent avant les paramètres de régulation
Paramètre
Nombre de cycles restant
Rampe 1
Niveau à atteindre par la
rampe 1
Palier 1
Rampe 2
Niveau à atteindre par la
rampe 2
Palier 2
Rampe 3
Niveau à atteindre par la
rampe 3
Palier 3
Rampe 4
Niveau à atteindre par la
rampe 4
Palier 4
Rampe 5
Niveau à atteindre par la
rampe 5
Palier 5
Rampe 6
Niveau à atteindre par la
rampe 6
Palier 6
Rampe 7
Niveau à atteindre par la
rampe 7
Palier 7
Rampe 8
Niveau à atteindre par la
rampe 8
Palier 8
Maintien sur écart
Nombre de boucles
Chainage de programme
Fin de programme
Mnémonique
Lr
Pr1
PL1
Pd1
Pr1
PL2
Pd2
Pr3
PL3
Pd3
Pr4
PL4
Pd4
Pr5
PL5
Pd5
Pr6
PL6
Pd6
Pr7
PL7
Pd7
Pr8
PL8
Pd8
Hb
PLc
Cnt
End
Valeur
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
Paramètres de configuration :
Mnémonique
Entrée et unités
C1
Sorties voies 1 et 2
C2
Définition des alarmes
C3
Entrées logique et
définition des niveaux
de sécurités
C4
Communication
C5
Caractéristiques de
fonctionnement
C6
Valeur
0
0
02
0
0
0
0
1
4
0
3
0
5
5
2
0020
désignation
Compensation de soudure froide interne
°C et ti et td en secondes
Thermocouple type K
Sorties 1 et 2 indépendantes
Sortie inverse sans compensation de variation secteur
Sortie 1 normale - Sortie 2 normale (algorithme PID)
Sortie 1 : PID inverse – Pas de sortie 2
Bande proportionnelle en en °C
Alarme 1 : haute pleine échelle
Pas d’alarme 2
Relais A1 et A2 désexcités en alarme
Fréquence et entrée logique 2 :50Hz
Tous les paramètres peuvent être modifiés
Entrée logique 2 : Départ/stop
Entrée logique 1 : Sélection de la commande auto-manu
1
1
2
6
Communication –
0
algorithme auto1
adaptatif et auto-réglable 1
C7
0
xxxx.x
Commande manuelle sélectionnable par le bornier et la face avant
Fonction rampe et
programme
C8
0
0
0
4
Pas de maintien sur écart- Résolution normale sur la rampe
Rampe en minutes- Palier en minutes
Départ/arrêt et remise à 0 par le bornier ou la face avant
Fonction multi-programme rampe exprimée en vitesse
DSL
Dsh
0 °C
400 °C
Limite basse d’affichage
Limite haute d’affichage
St et At sélectionnables par le bornier et la face avant
Retransmission analogique en tension
Communication numérique ou sans communication
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Présentation de l’armoire électrique :
Face avant armoire :
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Electrotechnique
Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
RE1-LC014
HORLOGE
Implantation du matériel dans l’armoire :
Q1
T2
Consigne préchauffage : pont diviseur
P1
Fusible
KM KA KA KA
1 10 1 20
Q2
RJ1 RJ2 F1F2
Gradateur : LH1-BP12MQ
Fusible Ultra rapide
URGB 14 40 A
Relais magnétique
RM1-XA10
Plage de réglage de 8 à 25 A
Imagnétique = 8 A
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Circuit de commande :
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Four électrique pour la cuisson de la porcelaine
Circuit de puissance :
Borne de
retransmission de 
(retour TC)
25
26
29
30
LH1-BP12MK
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Document technique Horloge :
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Document technique Relais temporisé RE1-LC014 :
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