Chaîne cinématique d`une machine comportant un variateur de vitesse

Electrotechnique
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Lycée RENAUDEAU
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2- SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE
ELECTRIQUE
2-2-1 Etude de la chaîne directe des énergies mises en jeu dans un système
automatisé
1 – Chaîne cinématique d’une machine comportant un variateur de vitesse :
La chaîne cinématique détermine l’ordre des différents maillons constituant l’ensemble à
mouvoir
L’ordre logique d’une chaîne cinématique commence par l ‘étude du mouvement à effectuer.
Il est donc nécessaire de définir les caractéristiques mécaniques de ces mouvements.
1 – 1 La mécanique :
les différentes allures des caractéristiques mécaniques.
Machine à couple résistant constant : Tr = Cte
Des exemples de machines de ce type se
sont très nombreux (90% des cas)
Exemples de machines :
- Tapis roulant
- Levage en montée
- Convoyeur
Machine à couple résistant croissant avec la vitesse : Tr = k 
La puissance est donc proportionnelle au carré
de la vitesse
Exemples de machines :
- Vis d’Archimède
- Pompe volumétrique
P = Tr   P = K 
P = Tr   P = K ²
P
P
Tr
Tr
CHARGE
REDUCTEUR
MOTEUR
VARIATEUR
Energie électrique

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Machine à couple résistant croissant avec le carré de la vitesse : Tr = k ²
Si la vitesse double, Tr est multiplié par 4 et P par 8.
Exemples de machines :
- Pompes centrifuges
- Ventilateurs
Machine à couple résistant inversement proportionnel à la vitesse : Tr = k / 
La puissance est constante.
Exemples de machines :
- Enrouleur / Dérouleur
Remarque : Ce type de fonctionnement
entraîne souvent à surdimensionner le
variateur de vitesse par rapport au moteur.
1 – 2 Couple entraînant :
Il y a couple entraînant, lorsque la mécanique entraîne le moteur.
Mouvements horizontaux : lors d’un ralentissement rapide.
Mouvements verticaux : par effet de la pesanteur (système de levage en descente)
P = Tr   P = K 3
P = Tr   P = K
P
P
Tr
Tr

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1 – 3 Les différentes phases d’un mouvement :
Soit le cycle de fonctionnement suivant,
Il est caractérisé par 2 régimes de fonctionnement :
- Le régime établi : Couple moteur = Couple résistant,
- Le régime transitoire : l'accélération ou la décélération.
A l'accélération le moteur doit développer un couple transitoire supérieur à celui qu'il
développe en régime établi :
Ctotal moteur = Caccélérateur + Crésistant
Le moteur et donc le variateur doivent être capables de générer et de supporter ce
couple accélérateur.
A la décélération, la mécanique en perdant de la vitesse, fournit un travail. Elle restitue
l'énergie qu'elle a emmagasinée à l'accélération. Pour dissiper cette énergie et ralentir la
charge en un temps court, une action mécanique de freinage peut-être réalisée
mécaniquement ou électriquement : le moteur entraîné par la mécanique devient
générateur et pour dissiper l'énergie, débite soit dans des résistances, soit sur le réseau
par l'intermédiaire du variateur. Dans ce cas, tous les éléments de la chaîne de
transformation d'énergie doivent pouvoir assurer les deux sens de transfert de l'énergie.
1 – 4 Le réducteur :
Le réducteur est nécessaire pour adapter la vitesse et le couple entre le moteur et la
mécanique. En effet, celle-ci demande souvent une faible vitesse et un fort couple, à
l’inverse de ce que délivre le moteur (une vitesse élevé avec un couple faible).
Le réducteur réalise cette adaptation
Principe :
REDUCTEUR DE VITESSE
Rapport de réduction :m = 1 / 2
Rendement : 
MACHINE
MOTEUR
Vitesse : 1
Couple : T1
Puissance : P1
Vitesse : 2
Couple : T2
Puissance : P2
Tm = Tr

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 VITESSE : en rad/s
n : vitesse en tr/mn :
 PUISSANCE : en W ( <1)
 COUPLE : en Nm
Le réducteur présente un intérêt économique :
Voici les caractéristiques de quatre moteurs asynchrones de même puissance, relevées
sur le catalogue d’un grand constructeur.
TYPES
VITESSE
PUISSANCE
POIDS
COUPLE
LS112M
3000 tr/mn
4 kW
27 kg
LS112M
1500 tr/mn
4 kW
28 kg
LS132M
1000 tr/mn
4 kW
55 kg
LS160M
750 tr/mn
4 kW
72 kg
Le prix d’un moteur est lié à son poids, notre intérêt est de choisir le moteur possédant la
plus grande vitesse, d’autre part le couple augmente avec la taille. La solution la plus
économique est de choisir le moteur : LS112M 1500 tr/mn.
m 21
60
2π
n
-
+
+
-
21 PηP
η
m
T
T2
1

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Différentes technologies :
Avantages/
inconvénients
Silencieux
Rendement faible
Rendement correct
Bruyant
Bon 
Prix ++
 élevé, n élevé
Bruyant