intitulé

LYCÉE FERNAND RENAUDEAU CHOLET
BTS
ÉLECTROTECHNIQUE
ENTRAÎNEMENT D’UN
CHARIOT DE TOUR
TP 3.2
2006 - 2007
Système :
Moteur Axem
ESSAIS DE SYSTÈMES
1- RÉFÉRENTIEL
Fonction 5 : ESSAI - MISE EN SERVICE - CONTRÔLE
Tâche 5.1 : Contrôler la conformité d’un produit ou
d’un travail réalisé et mettre en place des actions
correctives
C01 : Analyser un dossier
C17 : Mettre en oeuvre des moyens de mesurage
C18 : Interpréter des indicateurs, des résultats de mesure et
d’essais
Tâche 5.3 : Réaliser les essais et les mesures
nécessaires à la qualification d’un
ouvrage, d’un équipement
C04 : Rédiger un document de synthèse
C17 : Mettre en oeuvre des moyens de mesurage
C18 : Interpréter des indicateurs, des résultats de mesure et
d’essais
2- DONNÉES DISPONIBLES POUR RÉALISER LA TÂCHE
 Cahier des charges
 Données techniques des fournisseurs (documents techniques)
3- SITUATION DE TRAVAIL
- Vérification des performances des matériels installés.
- Durée :
4 heures dans l’espace d’essais de systèmes.
- Matériel :
Un ordinateur sur poste mobile muni d’une carte « SP5 »
d’Eurosmart en port USB.
Logiciel d’exploitation de données « Synchronie 2003 »
d’Eurosmart.
Variateur de vitesse PARVEX et groupe AXEM.
Automate Programmable TSX37.
Pupitre de dialogue XBT Magelis.
Groupe AXEM MA 17 H.
Sonde différentielle MX9003.
Pince PR30.
Multimètres (3).
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1- Situation problème :
Vous devez motoriser le chariot d’un centre de tournage qui
assure les déplacements longitudinaux de l’outil suivant l’axe de
la broche (axe Z). Vous avez une proposition de matériels que
vous devez tester et éventuellement qualifier. Le moteur est de
type AXEM, 500W à induit lenticulaire utilisé pour des
applications à temps de réponse réduit. Le variateur est un
hacheur Alsthom Parvex piloté par automate programmable avec
une interface de dialogue XBT Magelis.
Rapport à rendre en fin de séance.
Chariot
2- Cahier des charges (extrait) :
2.1- ÉNONCÉ DU BESOIN :
Variateur PARVEX
– Moteur AXEM
Entraînement d’un
chariot de tour
Compatibilité
motorisation /
application
Menez une analyse électromécanique
de la motorisation AXEM associée au
variateur PARVEX et validez
éventuellement ce choix.
2.2- LE CONTEXTE DE LA DEMANDE, LES OBJECTIFS
2.2.1 Description de la prestation demandée :
 Identifier le variateur, le moteur AXEM, l’automate et le pupitre de dialogue.
 Effectuer une analyse de compatibilité variateur – moteur.
 Effectuer une analyse du moteur en régime transitoire et en régime permanent.
 Qualifier ou disqualifier le choix du groupe variateur – moteur pour l’application prévue.
 Exposer un compte-rendu écrit des résultats des activités.
2.2.2 Situation dans un programme plus vaste :
 Campagne de mesurages.
2.2.3 Limites de l'étude :
 L’étude se limitera au système en salle des bancs de moteurs.
2.2.4 Etude déjà effectuée:
 Machines à courant continu.
 Régimes transitoires du premier ordre.
 Hacheur quatre cadrans.
2.2.5 Etudes menées en parallèle sur des sujets voisins:
 EDS 3.1 : Perceuse (machine 3 axes)
 EDS 3.3 : Erouleur/dérouleur
 EDS 3.4 : Zévatron
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2.2.6 Suites prévues:
 Analyse du comportement des charges mécaniques / conception de produits industriels.
2.3 INVENTAIRE DES INFORMATIONS A EXAMINER
2.3.1 Informations techniques
2.3.1.1 Ouvrage :
 Non
2.3.1.2 Catalogues de constructeurs
 Document CEM-PARVEX sur les servomoteurs AXEM
 Document technique Eurosmart sur Synchronie
2.4 CONTRAINTES GLOBALES
2.4.1 Normes, standards et/ou règlements à respecter
 Normes électriques en vigueur NFC 15-100
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FICHE TECHNIQUE N°1
ASSOCIATION VARIATEUR – MOTEUR
Activité N°1.1 :
L’automate permet via le pupitre de dialogue, deux sens de rotation (aller/retour) en petite et
grande vitesse (PV/GV). Proposer un schéma de raccordement du moteur au convertisseur
pour relever la tension en sortie de convertisseur et le courant dans la charge. Faire valider
votre schéma par le professeur avant la mise sous tension.
Relever à l’aide de l’interface SP5 et Synchronie 2003 tension et courant pour les quatre cas
proposés par l’automate.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Dans combien de cadrans fonctionne le hacheur ?
Quelle est la valeur de la fréquence de hachage ?
Calculer les rapports cycliques pour un fonctionnement en petite et grande vitesse.
Quelle est la valeur de la tension continue découpée par le hacheur ?
Justifier la forme du courant en grande vitesse. Quel élément entre en jeu ?
Calculer à partir des relevés les puissances consommées en petite et grande vitesses.
Mesurer les vitesses du moteur pour ces deux cas et pour les deux sens de rotation. On
cherchera à établir la sensibilité du capteur de vitesse (génératrice tachymétrique).
Activité N°1.2 :
Câbler l’armoire pour une commande de la tension d’induit par potentiomètre (10KΩ) et
relever la caractéristique U  f ( I ) pour 0 A  I  6 A à vitesse constante.
1.8. Mesurer à l’aide d’une modélisation de la caractéristique, la résistance d’induit et le
coefficient KE et comparer aux valeurs constructeur.
Activité N°1.3 :
Relever la caractéristique n  f (U ) pour 50V  U  50V puis revenir à la commande par
automate (décâbler le potentiomètre).
1.9. Modéliser votre caractéristique et placer à l’aide du pointeur les quatre points de
fonctionnement (mesurés) correspondants aux deux vitesses possibles (PV/GV).
Moyens utilisés :
 Document CEM-PARVEX sur les servomoteurs AXEM
 Document variateur de vitesse PARVEX

Document de synthèse : (sauvegarde du fichier synchronie dans le dossier tp3-2_ts1et)
Pour cette partie, le rapport se fera entièrement sur synchronie.
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FICHE TECHNIQUE N°2
ESSAI DU MOTEUR EN RÉGIME TRANSITOIRE
Activité N°2 :
Décâbler le moteur et le placer près de l’alimentation continue 0-290V/20A.
Désaccoupler le moteur de la génératrice et proposer un schéma de câblage permettant de
mesurer la constante de temps mécanique du moteur. On enregistrera pour cela une image de
la vitesse du moteur pour un démarrage sous une tension continue de 60V.
2.1. Quel est l’ordre du système ?
2.2. Déterminer la constante de temps mécanique du moteur.
2.3. En déduire son moment d’inertie et comparer à la valeur constructeur.
Moyens utilisés :
 Document CEM-PARVEX sur les servomoteurs AXEM

Document de synthèse : (sauvegarde du fichier synchronie dans le dossier tp3-2_ts1et)
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FICHE TECHNIQUE N°3
QUALIFICATION DE LA SOLUTION PRÉCONISÉE
Activité N°3.1 :
Pour un déplacement du chariot à la vitesse de 8,3 cm.s-1 le moteur doit développer un
couple de 1 Nm à la vitesse de 1500 tr.min-1 .
Calculer la valeur de la tension d’induit à appliquer pour ce point de fonctionnement.
Réaccoupler le moteur à la génératrice et raccorder le au variateur. Placer le dans les
conditions proposées et vérifier la cohérence de vos résultats.
Note : On prendra en compte les couples de frottements sec et visqueux du moteur.
Activité N°3.2 :
A l’aide de la documentation du tour à commande numérique, vérifier que l’association
moteur-variateur correspond bien au cahier des charges.
Dans la négative, proposer une modification permettant de rendre ce choix fonctionnel.
Note : Le chariot est entraîné par une vis sans fin de pas 3,4 mm, la liaison cinématique vis-chariot à un
rendement de 70%.
Moyens utilisés :
 Document constructeur du tour à commande numérique.

Document de synthèse :
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ANNEXE 1
Présentation de la platine de test :
Le système de test se compose de l’ensemble Variateur de vitesse PARVEX + Moteur à courant
continu type AXEM. Le tout est géré par un Automate Programmable type TSX37 (muni d’une carte
d’entrées / sorties et d’un module de sorties analogiques  10V) associé à un pupitre de dialogue de la
gamme MAGELIS. Il existe une alternative de commande par potentiomètre.
Dialogue Opérateur
Automate Industriel
Programmable
Entrées
/
Sorties
C
A
N
Variateur de vitesse
Entrées / Sorties
Système
Hacheur ALSTHOM PARVEX
Potentiomètre
10 kOhm
Alimentation variateur
Transformateur
Réseau
~
Consigne de vitesse analogique
Image de la vitesse
Alimentation moteur
G
M
G
Génératrice + Rhéostat
permettant la simulation
d’une charge
Moteur à rotor plat AXEM
+
Dynamo Tachymétrique
Le moteur est couplé à une génératrice qui, raccordée à un rhéostat, permettra de simuler un
fonctionnement en charge.
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ANNEXE 2
Comportement dynamique d’un moteur à courant continu
(assimilé à un système du premier ordre)
Cas d’un moteur à courant continu à excitation séparée (aimant permanent).
On distingue un régime transitoire électrique gouverné par la
relation différentielle:
di
 Ri  e avec e  k
dt
di
u  k   L  Ri
dt
uL
Qui donne sous la forme canonique :
e
di 1
u  k
 i
, u   E dans le cas de notre hacheur.
dt  e
L
Au démarrage, on peut considérer que le terme
u  k
évolue lentement du fait de l’inertie du moteur.
L
C’est donc le régime transitoire électrique qui apparaît en premier avec une constante de temps :
e 
L
.
R
On distingue également un régime transitoire mécanique gouverné par la relation différentielle:
→ Tem  ki :couple électromagnétique en N.m
d
Tem  Tr  J
→ Tr :couple résistant en N.m
dt
→J :moment d’inertie du moteur en kg.m²
Lorsque nous faisons un essai à vide du moteur, le couple résistant dépend du frottement sec et du
frottement visqueux. Le premier est une constante et le second dépend de la vitesse.
En négligeant le frottement sec et en nommant f la constante de frottement visqueux, nous pouvons
mettre notre relation sous la forme :
ki  f   J
d
dt
Si nous supposons en première approximation que l’inductance de la machine reste faible :
u  e u  k

R
R
u  k
d
)J
 f
Finalement : k (
R
dt
u  e  Ri  i 
Au démarrage, le couple d’inertie étant beaucoup plus important que le couple de frottement, nous
pouvons négliger en deuxième approximation, le terme f  devant le terme J
d
. Il vient alors la
dt
relation différentielle:
d k ²
k .u
 
qui se met sous la forme canonique :
dt
R
R
d 1
k .u


dt  m
JR
J
Le régime mécanique s’établit donc avec une constante de temps :  m 
JR
k²
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Identification a un systeme lineaire du premier ordre.
s(t) + .
 Equation différentielle :
Système
linéaire du
1er ordre
e(t)
1- Modèle du système linéaire du type passe-bas du
premier ordre
s(t)
ds
= T0.e(t)
dt
2- Réponse indicielle du système linéaire du type passe-bas du premier ordre
Grandeur de sollicitation du système :
 échelon de hauteur E (par rapport à son état de repos), appliqué à l’instant initial t = 0.
Allure de la réponse du système :
s(t)
s( + )
s(0)
0
t

2
3
4
6
5
Evolution de la réponse indicielle en fonction du temps :

2
3
4
5
0,632
0,865
0,95
0,982
0,993
temps
s(t )  s(0)
s(  )  s(0)
Caractéristiques principales de la réponse indicielle :
 Réponse croissante sans dépassement de la valeur finale.
 Tangente à l’origine de coefficient directeur non nul.
3- Méthode d’identification
 Détermination de la constante de temps :
Abscisse du point d’intersection entre la tangente à l’origine de la réponse et
l’asymptote de la réponse lorsque t  +  ou calcul du temps de réponse à 5% de la
valeur finale.
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ANNEXE 3
Type de
servomoteur
Symbole
Unité
M 17
MA 17 H
Fermé
MA 17 H
Ventilé
M 19
Fermé
M 19
Ventilé
M 26
Fermé
M 26
Ventilé
Couple nominal
Couple
impulsionnel
Vitesse nominale
Vitesse maximale
Puissance utile
nominale
Courant nominal
Courant maximal
rotor bloqué
Courant
impulsionnel
maximum
Tension nominale
Résistance aux
bornes à 25°C
Couple par
ampère
F.E.M. par Ktr/mn
Constante de
couple visqueux
Moment d’inertie
du rotor
Chute de vitesse
en charge à
tension constante
Self induction du
rotor
Couple de
frottement sec
Constante de
temps mécanique
Protection
Masse
Diamètre
Cn
Cimp
cm.N
cm.N
96
900
160
1400
260
1400
320
2600
510
2600
960
8400
1600
8400
Nn
Nmax
Pn
tr/mn
tr/mn
W
3000
5000
300
3000
5000
500
3000
5000
800
3000
3500
1000
3000
3500
1600
3000
3500
3000
3000
3500
5000
In
A
6
6,5
10
14,5
22
25
40
Icc
A
4,7
50
6,5
50
10
50
14,5
100
23
100
25
200
42
200
Iimp
A
Un
V
70
105
110
90
95
140
145
R
KT

cm.N/A
1,7
18,6
1,7
28,6
1,7
28,6
0,43
25,8
0,43
25,8
0,28
42
0,28
42
KE
KD
V / Ktr/mn
cm.N / Ktr/mn
19,5
3,5
30
6
30
6
27
15
27
15
45
28
45
28
J
g.cm²
7900
7900
7900
12000
12000
36000
36000
KN
tr/mn / cm.N
6,3
2,8
2,8
0,88
0,88
0,19
0,19
L
H
<200
<200
<200
<100
<100
<100
<100
TF
cm.N
7
9
9
8
8
15
15

ms
52
21
21
11
11
7
7
-
Kg
mm
IP44
4 ,5
184
IP44
9
206
IP44
9
206
IP44
13 ,5
225
IP44
13 ,5
225
IP44
30
315
IP44
30
315
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