regulation de la temperature d`un four
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REGULATION DE LA TEMPERATURE D’UN FOUR Contenus d’enseignement 1.3.1 Différents procédés de conversion de l'énergie électrique en électrothermie. 1.6.1.2 Boucle de régulation 1.6.2.2 Paramètres d'une boucle de régulation Compétence attendue Choisir une solution technique Documentation Gradateurs EUROTHERM série 450 Régulateurs EUROTHERM série 902 Conditions de réalisation durée : 3 heures 1 compte-rendu par binôme Fichier : FOUR_REG.DOC 1 Présentation du problème technique Un four d’une puissance de plusieurs centaines de kilowatts est chauffé au moyen d’une batterie de résistances. Ces éléments résistifs sont alimentées sous 400V triphasé et commandées par thyristors. La puissance totale nécessaire de 400KW est obtenue au moyen de quatres batteries triphasée d’éléments résistifs. La puissance unitaire de chaque batterie d’éléments résistifs est de 100KW. La température de ce four est contrôlée par un régulateur EUROTHERM 902. Un seul profil de température en fonction du temps est utilisé. La mesure de température se fait au moyen d’un thermocouple de type K. Plusieurs solutions peuvent être envisagées pour moduler la puissance fournie à l’enceinte thermique : gradateur à angle de phase : la puissance de chauffe dépend de l’angle de retard à l’amorçage par rapport au passage à zéro de la tension secteur. Cette solution n’est généralement pas retenue pour les fortes puissances à cause : des harmoniques qui, réinjectés sur le réseau perturbent la réception radiophonique, de la dégradation du facteur de puissance. Trois autres solutions sont étudiées : gradateur à train d’ondes : la puissance de chauffe dépend de la durée du train d’ondes (cf document de référence), contacteur statique fonctionnant en tout-ou-rien : l’ensemble des éléments résistifs sont mis sous ou hors tension. Commande Energie électrique Contacteur statique Eléments résistifs Energie thermique Automate Programmable Industriel + contacteurs statiques : un nombre plus ou moins élevés d’éléments résistifs (gradins) sont mis en service selon le besoin de puissance. Dans ce cas, un automate assure la commande en gradin des contacteurs statiques. La puissance de chauffe est proportionnelle à l’information présente sur l’entrée analogique de l’automate ( courant de 4 à 20 mA fourni par le régulateur). Commandes Energie électrique Contacteur statique Eléments résistifs Contacteur statique Eléments résistifs Contacteur statique Eléments résistifs Contacteur statique Eléments résistifs Energie thermique 2 Description fonctionnelle Température Régulateur circuit de commande consignes opérateur Commande pré-actionneurs Traitement de l’information énergie Gradateur à train d’ondes ou Contacteur ou Automate + Contacteurs stat. Puissance Traitement énergétique matière d’oeuvre Eléments résistifs + enceinte thermique Partie opérative Modélisation et simulation (1h) 1. Identifier la structure utilisée contacteur, gradateur, éléments résistifs en gradins. pour moduler l’ énergie de chauffe dans chacun des cas représentés sur le document réponse. 2. Simuler le fonctionnement du four avec le logiciel HPVEE pour les cas : gradateur à train d’ondes, contacteur statique commande des éléments résistifs en gradin. Les modèle du four et des actionneurs sont dans le fichier « C:\VEEUSER\FOUR_REG.VEE ». Pour choisir le type d’actionneur, se placer sur l’icône « ACTIONNEUR », puis activer la commande « SELECTFUNCTION ». Il est demandé d’observer le comportement du système pour les trois structures (aucune recopie d’oscillogramme n’est exigée), de mesurer l’écart statique à la fin du palier de la phase de re cuisson et l’amplitude des oscillations de température pour les trois structures, de justifier les résultats obtenus, de donner votre opinion sur le choix d’une puissance installée de 400KW pour ce four (cf courbe de puissance), ... 3 Technologie Pour la structure : « régulateur + automate + contacteurs statiques + éléments résistifs en gradins », 3. Choisir les contacteurs statiques et le régulateur (références et quantités), Justifier vos choix. Note : pour le régulateur de la série 902, la codification est fournie en annexe 4 du fichier joint 4. rédiger les schémas des circuits de puissance et de commande. 4 Puissance de chauffe Puissance de chauffe mesure consigne Puissance de chauffe mesure consigne mesure consigne Performances (Précision, stabilité …) Coût Courant de sortie Tension alim. aux. Commentaires Contacteur Gradin de résistances gradateur Contacteur statique Justification Produit de base Tension efficace Options Fin NOMBRE Code Régulateur Entrée Voie 1 Voie 2 Voie 3 Voie 4 Tension alim. Comm. Num. Entrée analog. Sortie analog. Langue Justification Code 5 enceinte thermique Thermocouple Régulateur Entrée analogique 4 / 20 mA Consigne 0V 5V alimentation automate AUTOMATE 6 ELEMENTS DE CORRIGE Puissance de chauffe Puissance de chauffe mesure consigne Contacteur Puissance de chauffe mesure consigne éléments résistifs en gradins mesure consigne Gradateur Choix des contacteurs statiques et du régulateur : 8 contacteurs statiques Eurotherm : 453 114 30 47 10 454_100 Contacteur statique de courant nominal 150A Puissance dissipée dans chaque gradin (3 él. Résistifs) : 400kW / 4 = 100kW Courant dans contacteur statique : 100kW / (400V x √3) = 144A 28 Tension nominale de 400V 47 ventilateur alimenté en 400V 24 Entrée "Multi-commande" pour commande unique de plusieurs unités reliées en série 1 régulateur Eurotherm : 902 P IS HDC / / / VH / / / LF 902 P régulateur à programmer pour un seul profil de température IS entrée mesure température par thermocouple HDC sortie du régulateur en 4/20 Ma VH régulateur alimenté en 230 V LF langue française 7 L CS454 L L L L L L L CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 Thermocouple enceinte thermique CS454 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 6 Régulateur Consigne Entrée analogique 4 / 20 mA 5V 5V 5V 5V 0V 5V alimentation automate AUTOMATE 8 L CS454 L L L L L L L CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 CS454 enceinte thermique Thermocouple CS454 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 CS454 6 5 6 Régulateur 5V 5V 5V 5V Entrée analogique 4 / 20 mA 0V 5V Consigne alimentation automate AUTOMATE 9
