Chaîne cinématique d`une machine comportant un variateur de vitesse
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STI GE 2- SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE ELECTRIQUE Lycée RENAUDEAU PAGE: 1 / 5 2-2-1 Etude de la chaîne directe des énergies mises en jeu dans un système automatisé Electrotechnique 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 Energie électrique REDUCTEUR CHARGE MOTEUR VARIATEUR 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 : P = Tr Tr = Cte P=K Des exemples de machines de ce type se sont très nombreux (90% des cas) P Tr Exemples de machines : - Tapis roulant Levage en montée Convoyeur Machine à couple résistant croissant avec la vitesse : P = Tr P = K ² Tr P Tr = k La puissance est donc proportionnelle au carré de la vitesse Exemples de machines : - Vis d’Archimède Pompe volumétrique STI GE 2- SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE ELECTRIQUE Lycée RENAUDEAU PAGE: 2 / 5 2-2-1 Etude de la chaîne directe des énergies mises en jeu dans un système automatisé Machine à couple résistant croissant avec le carré de la vitesse : P = Tr P = K 3 Electrotechnique Tr = k ² Si la vitesse double, Tr est multiplié par 4 et P par 8. Tr Exemples de machines : - Pompes centrifuges Ventilateurs P Machine à couple résistant inversement proportionnel à la vitesse : P = Tr Tr = k / La puissance est constante. P=K Exemples de machines : Tr Enrouleur / Dérouleur P 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) STI GE 2- SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE ELECTRIQUE Lycée RENAUDEAU PAGE: 3 / 5 2-2-1 Etude de la chaîne directe des énergies mises en jeu dans un système automatisé Electrotechnique 1 – 3 Les différentes phases d’un mouvement : Soit le cycle de fonctionnement suivant, Tm = Tr 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 : MACHINE Vitesse : 1 Couple : T1 Puissance : P1 REDUCTEUR DE VITESSE Rapport de réduction :m = 1 / 2 Rendement : MOTEUR Vitesse : 2 Couple : T2 Puissance : P2 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 VITESSE : 1 2 m PUISSANCE : COUPLE PAGE: 4 / 5 Electrotechnique en rad/s n : vitesse en tr/mn : STI GE Lycée RENAUDEAU P1 η P2 n en W T 2 : T1 m η 60 2π ( <1) 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 LS112M LS112M LS132M LS160M VITESSE 3000 tr/mn 1500 tr/mn 1000 tr/mn 750 tr/mn + - PUISSANCE 4 kW 4 kW 4 kW 4 kW POIDS 27 kg 28 kg 55 kg 72 kg COUPLE - + 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. 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 STI GE Lycée RENAUDEAU PAGE: 5 / 5 Electrotechnique Différentes technologies : Avantages/ inconvénients Silencieux Rendement faible Rendement correct Bruyant Bon Prix ++ élevé, n élevé Bruyant
