PROTECTION THERMIQUE DU MOTEUR

PROTECTION THERMIQUE DU MOTEUR
Compétences techniques mises en œuvre :
1- Identifier les structures et les fonctions représentées dans la chaîne de conversion
d'énergie
2- Valider par calculs le choix de l'actionneur
3-. Caractériser le capteur de température
4- Analyser par simulation les performances de la chaîne de traitement de
l'information
Support d'activité : sécateur Pellenc
PROTECTION DU MOTEUR
Capteur de
position
F1
Amplification
Commande de F7
puissance
Interface F8
de puissance
Motorisation
F6
Image
du courant
Butées F2
électriques
Capteur de
température
Protection en
température
F3
Fonction logique "OU"
F4
Commande
d'arrêt
F5
Si la branche à couper est trop rigide ou trop épaisse la puissance du moteur est insuffisante. Ceci
entraîne une augmentation du courant et par conséquent un échauffement anormalement du moteur.
Pour protéger le moteur, on mesure la température sur le radiateur des transistors de puissance à l’aide
d’une CTN.
Si la température dépasse 60°C, il faut agir sur le module de commande par la borne « Commande
d’arrêt » pour couper l’alimentation du moteur (voir le schéma électronique).
On réalise donc un montage comparateur avec deux ponts de résistance :
- l’un sert de référence (R10 , R12)
- l’autre sert à la mesure (CTN , R11)
- Reproduire sur votre copie le schéma électronique la fonction F3 « Protection en température »
1 Etude de la thermistance
➔ A partir du document ressource « Thermistance », préciser :
- qu’est-ce qu’une thermistance?
- le principe de fonctionnement d’une CTN
- la signification de CTN
➔ Préciser les raisons pour lesquelles le moteur pourrait s’échauffer ?
On se propose de déterminer la courbe de réponse de la thermistance, c'est à dire de tracer Rth = f (θ).
On utilise pour cela une bouilloire remplie d'eau au mini dans laquelle on place la thermistance à
étudier et un thermomètre numérique. Un ohmmètre sera connecté aux bornes de la thermistance et
indiquera la valeur de Rth. Le schéma suivant indique le protocole de mesure :
TP Génie Electrique
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Schéma d'étude :
Thermomètre
Ohmètre
Pendant les essais la bouilloire
reste ouverte.
Thermistance
Rq : Pour effectuer la mesure de température vous utiliserez, un multimètre numérique "SEFRAM
7345" équipé d'une sonde de température (Type thermocouple).
On souhaite mesurer la résistance de la thermistance pour des températures comprises entre 30°C et
80°C. On recommande d'effectuer cette mesure lors du refroidissement de la bouilloire. Pour éviter
d'attendre que la température baisse naturellement, il est conseillé d'ajouter de l'eau froide avec le
verre, pour aller plus vite. (prendre des mesures tous les 5 °C)
1°/ Tracez Rth = f (θ) en utilisant EXCEL
2°/ Donnez la valeur de Rth pour θ = 60 °C
3°/ Modélisation de la loi Rth = f (θ)
En utilisant le logiciel EXCEL, modéliser de façon linéaire la thermistance pour 50°C < θ < 70°C
Rth = Rth0 – k.θ
Préciser les valeurs de Rth0 et k en donnant leurs unités.
Tracer et imprimer sur le même graphe la caractéristique Rth = f (θ) et la droite Rth = Rth0 – k.θ
2 Etude du montage de détection d'un état thermique limite :
- Quel est le mode de fonctionnement du montage présenté. Quelle est sa
fonction ?
- Dans le schéma suivant, calculer le seuil de basculement du montage Vref ?
- En déduire les lois de fonctionnement de ce montage
Vref
-
Vérification des performances du montage :
+24v
- Connaissant la valeur de la CTN pour 60°C
déterminer la valeur du potentiomètre "P" afin
qu'il y ait basculement de la tension de sortie
Vs pour cette température.
Ctn
Vs
- Mettez en œuvre les essais pour régler "P" et
vérifier les performances attendues du
montage
P
TP Génie Electrique
page : 2
3 Etude du montage complet
On rappelle que Vcc = 24V
En considérant la tension aux bornes de la résistance R8 nulle (VR8 = 0), compléter le tableau suivant,
et expliquer comment s'effectue la commande d'arrêt du sécateur lorsqu'il y a un échauffement du
moteur du sécateur.
Tension Vde CI4
Tension V+
de CI4
Tension de
sortie de CI4
Vs CI4
Tension
VR9
Etat du
transistor NPN
T1
Etat du
transistor PNP
T2
Tension VR14
= Commande
d'arrêt
θ < 60 °C
θ > 60 °C
TP Génie Electrique
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CORRIGE - DETERMINATION DU POINT DE
FONCTIONNEMENT ET ETUDE DE LA PROTECTION
THERMIQUE DU MOTEUR DU SECATEUR
1 – DETERMINATION DE LA PUISSANCE FOURNIE PAR LE MOTEUR
Puissance sur l'écrou : PV = F .V = 1200.15.10 −3 = 18W
PV
18
=
= 27,5W
η1 .η2 0,85.0,77
V 15
= 7,5tr / s = 47,1rd / s
Vitesse de l'écrou : N écrou = =
p 2
N
47,1
Vitesse du moteur : N moteur = écrou =
= 172,8rd / s = 1650tr / mn
3
r
11
P
27,5
Couple moteur : C Max = Max =
= 0,159 Nm
N moteur 172,8
Puissance du moteur : PMax =
2 – VERIFICATION DU POINT DE FONCTIONNEMENT
Le point de charge maximale se situe dans la plage de fonctionnement intermittent.
Le moteur ne délivre son couple maxi que lors de la coupe. Pendant l'ouverture des lames le moteur
fonctionne pratiquement à vide.
Le fonctionnement du sécateur est donc bien un fonctionnement intermittent. Le moteur choisi peut
donc permettre la coupe de branche de 20 mm maximum.
3 – PROTECTION DU MOTEUR
3 – 1 Etude de la thermistance
➔ Une thermistance est un composant à semi-conducteur dont la résistance Rth décroît lorsque la
température augmente. On dit qu’elle est à Coefficient de Température Négatif ➔ CTN
TP Génie Electrique
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➔ L’échauffement du moteur est dû aux inversions incessantes du sens de rotation
1°/ Le temps de réponse du thermomètre étant important, il faut donc faire la mesure lorsque la
température varie lentement; c'est à dire à la décroissance.
Résistance en ohm
Résistance de la CTN en fonction de la température
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
20
40
60
80
100
Température en °C
θ = 60°C ➔ Rth = 1200 Ω
modélisation
Rth0 = 4,55 KΩ et B = 3637 °K
TP Génie Electrique
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Donc la référence la plus proche est le code 472 (Rth0 = 4,7 KΩ et B = 4300 °K)
3 – 2 Simulation sur Workbench
Le seuil de basculement = 24/2 = 12 V
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Ordres de commande
E
Energie Electrique
Continue 24 V
Moduler
L'énergie
?
?
A31
Hacheur 4 Q
?
?
?
A33
A32
?
?
A3 : GERER L'ENERGIE
?
?
Couper
A4
Information position des lames
Biellettes +
lames
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