Test choix moteur MCC
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Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG C.P.I 2005 ­2006 Test choix moteur MCC La manutention est effectuée avec des électro­aimants dont les caractéristiques sont : • Capacité de levage de 1 électro­aimant : 2 500 kg • Masse de 1 électro­aimant : 250 kg • Puissance électrique de 1 électro­aimant : 5 000 W • Tension d'alimentation : 110 / 200 V courant continu Le pont roulant est équipé de 2 électro­aimants. La poutre transverse, le crochet, ... ont une masse totale de 200 kg. La vitesse maximale en montée est de 50 cm/s Le rendement de la transmission mécanique crochet­poulie­treuil est de 0,95. Le diamètre du treuil est de 45 cm. Le rendement du réducteur est de 0,85. Le rapport de réduction est de Ns/Ne = 1/10 Mot Variateur Tension induit max : 260 V Tension inducteur max : 210 V Réseau triphasé 3 x 230 V Appropriation Réducteur Synthèse La situation est un pont roulant dans une entreprise de fabrication de tube métallique tel que le présente la photo ci­dessous. Représentation initiale Le but du présent test est d'apprécier la capacité à répondre à un cahier des charges de choix d'un moteur courant continu. Structure porteuse : 200 kg Le but est de définir et de choisir l'ensemble moto­réducteur. La résolution est guidée par le questionnement ci­dessous : test­choixmcc­ga­reponse.odt / 5 mai 2006 / Version 0 1 / 4 Test choix moteur MCC C.P.I 2005 ­2006 1. Calculer la masse totale soulevée. L'ensemble est constitué de 2 électro­aimants (2 500 kg*2), de la masse des électro­aimants (250 kg*2) et de la poutre transverse (200 kg) soit un total de : Mtotal = 2 500*2 + 250*2 +200 = 5 700 kg Pas de difficultés majeures, sauf pour un étudiant qui a ajouté la puissance électrique des électroaimants. 2 points 2. Calculer la puissance nécessaire au niveau de la charge. La puissance est le produit de la force par la vitesse linéaire. P = F.v Si nous l'appliquons à la situation Pcharge = Mtotal.g.v =5 700*9,81*0,5 = 28 kW ● ● Représentation initiale Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG Pas de difficultés. ● Pas de difficultés sur le principe. Résultat juste si ce qui précède est juste ! 2 points 4. Calculer la vitesse de rotation au niveau de la sortie du réducteur. En déduire le couple à la sortie du réducteur. La vitesse linéaire au niveau du treuil est double de la vitesse de la charge à cause du point fixe du câble. Connaissant le diamètre du treuil nous pouvons calculer la vitesse de rotation du treuil. Ωtreuil = 2*v / D/2 = 2*0,5/0,45/2 = 4,4 rd/s d'où Ntreuil = 42 tr/min. La puissance à la sortie du réducteur Préduc = Pcharge / rendement treuil = 28 000 / 0,95 = 29,5 kW. A partir de la puissance et de la vitesse de rotation, il est possible de calculer le couple : Créduc = Préduc / Ωtreuil = 29 500/4,4 = 6 700 Nm. Les étudiants n'ont pas enregistré qu'il s'agissait du diamètre du treuil et non du rayon. Cette erreur conduit à diviser par 2 les résultats attendus ! 3 points 5. Déterminer la vitesse de rotation au niveau de la sortie du moteur et le couple sur l'arbre moteur ou à l'entrée du réducteur. Il suffit d'appliquer la relation du rapport de réduction du réducteur. Nous avons Ns/Ne = Ntreuil/Nmot = 1/10 d'où Nmot = Ntreuil*10 = 42*10 = 420 tr/min soit Ωmot = π*Nmot/30 = π*420/30 = 44 rd/s Appliquons la relation de la puissance pour en déduire le couple sur l'arbre moteur. Cmot = Pmot / Ωmot = 34 700/44 = 789 Nm ● ● Appropriation ● Synthèse 2 points 3. Calculer la puissance nécessaire au niveau du moteur. Il suffit de diviser la puissance nécessaire au niveau de la charge par le produit des rendements du système de transmission et du réducteur. Pmot = Pcharge / (rendement treuil * rendement réducteur) = 28 000/(0,95*0,85) = 34,7 kW En général cohérent avec les valeurs trouvées aux questions précédentes. test­choixmcc­ga­reponse.odt / 5 mai 2006 / Version 0 2 / 4 Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG Test choix moteur MCC C.P.I 2005 ­2006 Lorsque les questions dépendent les unes des autres il est important d'identifier si le raisonnement est acquis, ce qui est le cas pour cette question. 2 points 6. Choisir un moteur dans le tableau de choix ci­joint. Vous donnerez l'indice de construction, la puissance sous la tension max du variateur, la vitesse de rotation à cette puissance, le couple développé, le rendement du moteur. Le tableau de choix propose pour un indice de construction 05, un moteur de puissance Pmot = 38 kW à Nmot = 455 tr/min et un couple Cmot = 798 Nm. Le rendement est de 0,81. Ces caractéristiques permettent de respecter la plage de vitesse et le couple nécessaire. Rappelons que le couple caractérise toujours la charge et impose le courant dans le moteur. ● ● L'utilisation du tableau de choix des moteurs n'est pas du tout intégrée. Il faudra impérativement revenir sur cet aspect l'année prochaine. Représentation initiale ● 5 points Synthèse 4. Donner la désignation complète du moteur. Rappelons qu'il s'agit de fournir : • Type de moteur • Hauteur d'axe • Désignation du stator et l'indice de construction • Tension d'induit • Vitesse nominale • Puissance nominale • Forme de construction : IM1001 • Tension d'excitation • Indice de refroidissement • Indice de protection LSK 2004C M05 260V 455tr/min 38kW IM1001 210V IC06 IP23 La compréhension des différents attributs de cette désignation n'est pas en place. ● Il s'avère que cela représente un acte cognitif difficile pour les étudiants. La raison de cette difficulté n'est pas cerné pour l'instant. 2 points 5. Déterminer la tension d'alimentation de l'induit du moteur pour obtenir la vitesse linéaire de 50 cm/s. Nous savons que la vitesse de rotation est proportionnelle à la tension d'alimentation de l'induit. Dans le moteur choisi nous avons 455 tr/min pour 260 V. Pour 420 tr/min, qui correspond à une vitesse linéaire de 50 cm/s, nous avons une tension moteur : Umot = 420*260/455 = 240 V ● Aucun étudiant n'a abordé la question. Appropriation ● 2 points Remarque : ● Le passage à l'application révèle l'insuffisance de la compréhension du moteur courant continu et de l'utilisation de la documentation constructeur. test­choixmcc­ga­reponse.odt / 5 mai 2006 / Version 0 3 / 4 Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG ● C.P.I 2005 ­2006 Il y aura à revoir la stratégie pédagogique pour l'année prochaine pour rendre plus efficient cette compétence professionnelle. Les notes vont de 6 à 10,5 avec une moyenne de 7,86. Appropriation Synthèse Représentation initiale ● Test choix moteur MCC test­choixmcc­ga­reponse.odt / 5 mai 2006 / Version 0 4 / 4
