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Centre d’intérêt : Fonctionnement dans les quatre quadrants n,U C,I Ce produit a pour objectif d’aider les élèves à comprendre le fonctionnement dans les quatre quadrants, d’un moto-variateur entraînant une charge. Il s’utilise en complément des travaux pratiques dans le cadre de l’étude du centre d’intérêt sur ce thème. Précédente Suivante Premier exemple : Axe horizontal On se propose ici d’étudier le comportement d’un système de déplacement droite gauche, suivant un axe horizontal. Premier exemple : présentation du système V P=M.g Un moteur à courant continu à flux constant Réducteur à Ffs renvoi d’angle f coef de frottement Un système Charge d’entraînement Mobile f = tg Ffs = M.g.tg Dans ce premier exemple, on se propose d’étudier und’un Le couple résistant Cr résulte principalement système, constitué : effort de frottement sec, signé par la vitesse. Dans leIlcas d’un vers la droite, il faudra permet le déplacement déplacement d’une charge de manière exercer une force F fs pour déplacer lalescharge. horizontale. Industriellement les convoyeurs, tapis roulants ou les transgerbeurs utilisent ce principe. Précédente Suivante Déplacement vers la droite : Etude cinématique Vitesse angulaire Ω temps Accélération Couple moteur d ΩCm /dt Accélération x J J Inertie des masses en mouvement ramenées à l’axe moteur Précédente Accélération Vitesse Constante Accélération nulle Décélération Cr Encore appelé couple dynamique Le couple résistant Cr terme est caractérise l’énergie Cd. Ce constitué principalement par cinétique résultat de la mise en les frottements secs mouvement d’une masse Cm = Cr + J d Ω Cm = Cr + J d Ω dt dt Cm = Cr JdΩ > 0 JdΩ < 0 dt dt temps Suivante Déplacement vers la droite : Etude électromécanique Tension Vitesse Angulaire Ω Couple moteur Dans un moteur à courant continu la R. I est égale à U = K f Ω + R I tension : fde flux (K f Ω = E) chute tension KLa fAvec w R résistance résulte de la de l’induit I courant dans l’induit diminution brutale de Ω vitesse I angulaire de rotation temps Cm Courant Précédente Cr Dans un moteur à courant continu le courant est proportionnel au couple moteur (si le flux est constant) :C = K f I temps Suivante Déplacement vers la droite : Analyse du fonctionnement mécanique Vitesse Angulaire Ω temps Couple moteur Cm Pour ce sens de marche, le moteur Cr fonctionne dans deux quadrants Q1 Précédente Ω Ω Ω La machine fonctionne en moteur C temps Q1 La machine fonctionne en moteur C Q4 Q1 La machine fonctionne en génératrice C Suivante Déplacement vers la droite : Analyse du fonctionnement électrique Tension temps Courant Pour ce sens de marche, le moteur fonctionne dans deux quadrants temps Attention !!! Au prochain clip analyse du Fonctionnement dans les diffèrents quadrants U Q1 Précédente U U La machine fonctionne en moteur I Q1 La machine fonctionne en moteur I Q4 Q1 La machine fonctionne en génératrice I Suivante Tension Le modulateur Déplacement vers lad’énergie droite :doit être réversible en courant. Lors du Alimentation électrique du moteur freinage l’énergie sera soit dissipée soit renvoyée vers le réseau. temps Courant temps Tension Moteur I absorbé 0 0 +10 -10 +200 -200 V Précédente -20 A +20 Suivante Déplacement vers la gauche temps ! Axe des temps orienté vers la droite Rappel : dans un moteur à courant continu la tension est égale à U = K f Ω + R I Avec : f flux (K f Ω = E) KFΩ R résistance de l’induit I courant dans l’induit w vitesse angulaire de rotation Accélération temps Vitesse Tension Déplacement à vitesse constante R. I DécélérationCoupleCmmoteur Courant J dΩ dt Cr J dΩ dt Précédente Rappel : dans un moteur à courant continu le courant est proportionnel au couple moteur :C = K f I Suivante Déplacement vers la gauche : analyse du fonctionnement électrique Tension temps Pour ce sens de marche, le moteur fonctionne dans deux quadrants Courant temps U U I I Q3 Précédente Q2 Q2 La machine fonctionne en génératrice U Q3 La machine fonctionne en moteur I Q3 La machine fonctionne en moteur Suivante Bilan du fonctionnement électrique : Fonctionnement dans les différents quadrants Tension temps Déplacement vers la droite Courant La machine Déplacement vers la gauche fonctionne dans quatre quadrants le système temps d’alimentation doit être réversible en courant et en Quadrants de tension fonctionnement Tension U Q Précédente Moteur I absorbé 0 0 +10 -10 I +200 -200 V -20 A +20 Suivante Fonctionnement électrique Présentation du principe de fonctionnement de diffèrents variateurs capables d’assurer l’alimentation d’une machine électrique. Fonctionnement électrique Réseau L’énergie électrique est dissipée dans une résistance Ou l’énergie électrique est renvoyée vers le réseau 0 0 +200 -200 V Variateur -20 A +20 U U n Q I L’énergieélectrique électrique L’énergie fourniepar par estest restituée réseau la le machine Précédente +10 -10 Q C La La machine machine fonctionne fonctionne en en génératrice moteur Suivante Les variateurs pour machine à courant continu Etude dans le cas ou la charge impose une conduction continue des ponts Cas d’un pont mixte Cas d’un pont tout thyristor Cas d’un pont de diodes Réseau Le Le montage montage fonctionne fonctionne dans 2dans quadrants, il 1 est réversible quadrant Variateur en tension. U U Q I Précédente Si on agit l’angle d’amorçage Pour unsur angle d’amorçage Desentre thyristors Compris 90 et 180° La tensionLa esttension négative et peut varier varie Suivante Fonctionnement dans diffèrents quadrants avec changements de sens de rotation lent Réseau Le montage fonctionne dans 2 quadrants Variateur U Q I Précédente UU Si on agit sur l’angle d’amorçage En changeant à l’aide de contacts les liaisons entre Des thyristors le variateur et la charge on inverse U et I La tension varie Suivante Fonctionnement dans diffèrents quadrants avec changements de sens de rotation lents Réseau Le montage fonctionne dans 4 quadrants, il est réversible en tension et en courant Variateur U Q Q Précédente I U U Q Pour un angle d’amorçage Pour un angle angle d’amorçage d’amorçage Pour un Pour unentre angle90 d’amorçage Compris et 180° la tension Des thyristors thyristors compris entre 0 et 90 ° Compris entre 90 et la devient Des positive et 180° peutcompris varier entre 0 et 90 ° La tension reste >O et peut varier varier La tension restevarier <O et peut tension devient négative et peut Suivante Fonctionnement dans différents quadrants avec changements de sens de rotation rapides Réseau Le montage fonctionne dans 4 quadrants, il est réversible en tension et en courant Variateur Pont 2 Pont 1 U Q Q UU I Q M Q Le pont 1 Fonctionne seul Précédente Pour Pour unun angle angle d’amorçage d’amorçage Des thyristors Compris compris entre 90 entre et 180° 0 et 90 ° La tension reste est négative >O et peut et peut varier varier Le pont 2 Fonctionne seul Suivante Les variateurs pour machines à courant alternatif La vitesse est ajustée par action sur la fréquence et la tension Réseau Le montage fonctionne dans 4 quadrants. En freinage l’énergie est dissipée dans une résistance Variateur On contrôle le couple en agissant sur le courant. n Q Q C Q Précédente La machine fonctionne en moteur. La machine fonctionne en génératrice. L’énergie est est L’inversion de sens de rotation dissipée dans une résistance assurée par le convertisseur MLI en inversant deux phases Suivante Deuxième exemple : Système de montée et descente d’une charge Des systèmes comme des ascenseurs ou des monte plats, correspondent à l’exemple étudié. Deuxième exemple : un monte charge ou d’un monte plats propose d’étudier Le On système comprend : leContrepoids Le système est capable de : Un moteur à courant continu comportement d’un système de - Un réducteur levage, mis en mouvement par - Un treuil unelacharge Monter Descendre charge un moteur courant continu - Un contreàpoids dont- l’excitation est constante La charge à soulever Moteur Précédente Réducteur Charge Charge Suivante Présentation Lorsque le moteur monte ou descend la charge à vitesse constante on a : Dans lesdans phases de changement de dvitesse, Si on est une phase d’accélération Ω/dt est positif, en cas de décélération, d Ω/dt négatif. une énergie cinétique apparaît. Elle est résulte de la mise en mouvement des masses. Cette énergie peut se caractériser par un couple appelé couple dynamique Cdyn. = J d Ω/dt Enfin un couple de frottement reste à vaincre : Cf. Il s’agit d’un frottement sec, qui crée un couple constant signé par la vitesse Cmot = Cresist + J ddtΩ + Cf Précédente J : inertie des masses ramenées à l’axe moteur d Ω / dt : accélération angulaire en rad/sec Cresist : Couple résistant du à la charge ramené à l’axe moteur Suivante Comportement de la charge pour diffèrents cas P st = F . V Sens de déplacement Comparaison Comportement des masses globale de la charge Montée La charge oppose un couple résistant F Montée La charge est entraînante F Descente F Descente F Précédente La charge est entraînante La charge oppose un couple résistant V V V Conclusion : Si F et V sont de même sens, Le produit scalaire F . V est positif, comme le couple ( P = C . W) qui est alors “résistant”. Si F et V sont de sens contraire( opposée), le produit négatif, comme. g le F est = (mCh – mCp) couple qui est alors Avec entrainant. mCp masse du contrepoids mCh masse de la charge g = 9,81 Suivante Cas ou la masse de la charge est supérieure à celle du contrepoids Tension Moteur 0 +200 V 1° phase d’accélération (constante) 0 +10 -10 -200 Montée de la charge I absorbé -20 A +20 Cm N.m Ω rd/sec J dΩ dt Couple Cr dynamique résultant de Cr l’inertie des Cf Couple résistant ramenée t sec Cf de la charge/ axe masses à l’axe moteur V Attention !! Démarrage au prochain clip moteur La phase d’accélération est terminée Couple de Couple frottement sec moteur Cm = Cr + Précédente J dΩ dt + Cf L’action résultante des masses aboutit à une force F. V et F sont de sens contraire la charge est résistante, le couple résistant est >0 . La masse de la charge est supérieure à celle du contre poids F =(mCh – mCp). g Suivante Tension Moteur 0 I absorbé 0 +10 -10 +200 -200 V -20 A Montée de la charge 2° phase de montée à n = constante +20 Cm N.m Ω rd/sec Cr V Cf Cr Cf t sec Cm = Cr + Cf La vitesse est constante l’accélération est nulle La masse de la charge est supérieure à celle L’action résultante des masses aboutit à une force F. V du contre poids Précédente et F sont de sens contraire la charge est résistante, le couple résistant > 0. Suivante Tension Moteur 0 I absorbé 0 +10 -10 +200 -200 V Cm N.m -20 A Montée de la charge 3° Phase de décélération (constante) +20 Attendre pour visualiser l’évolution des valeurs Ω rd/sec Cr V J dΩ Cr dt Cf Cm = Cr + J dΩ dt Cf t sec + Cf La charge va atteindre sa position haute, le moteur ralentit, dΩ / dt est négatif Précédente L’action résultante des masses aboutit à une force F . V et F sont de sens contraire la charge est résistante, le couple résistant est > 0. Suivante Cas ou la masse de la charge est supérieure à celle du contrepoids Tension Moteur 0 1° phase d’accélération (constante) 0 +10 -10 +200 -200 Descente de la charge I absorbé -20 V A +20 Cm N.m Ω rd/sec Cr Attention !! Démarrage au prochain clip J dΩ Cr V dt Cf t sec Cf Cm = Cr + J dΩ dt + Cf La phase d’accélération est terminée L’action résultante des masses aboutit à une force F sur le câble. V et F sont de même sens la charge est entraînante. Précédente La masse de la charge est supérieure à celle du contre poids Suivante Tension Moteur 0 +200 V 2° Phase à vitesse = constante 0 +10 -10 -200 Descente de la charge I absorbé -20 A +20 Cm N.m Ω rd/sec Cr V Cr t sec Cf Cf Cm = Cr + Cf La vitesse est constante l’accélération nulle Précédente L’action résultante des masses aboutit à une force F sur le câble. V et F sont de même sens la charge est entraînante. La masse de la charge est supérieure à celle du contre poids Suivante Tension Moteur 0 +200 V 3° phase de décélération constante 0 +10 -10 -200 Descente de la charge I absorbé -20 A +20 J dΩ Cm N.m Ω rd/sec Attendre pour dtvisualiser l’évolution des valeurs Cr Cr V Cf t sec Cm = Cr + J dΩ La charge va atteindre sa position basse, dt Cf + Cf le moteur ralentit, dΩ / dt est négatif Précédente L’action résultante des masses aboutit à une force F sur le câble. V et F sont de même sens la charge est entraînante. Suivante Bilan du fonctionnement électrique : Fonctionnement dans les différents quadrants Tension Pour rappel : La tension est proportionnelle à la vitesse Montée de la charge Courant temps Descente de la charge Pour rappel : Le courant est proportionnel au couple moteur Cm Quadrants de fonctionnement U Q Précédente temps Tension Moteur I absorbé 0 0 +10 -10 I +200 -200 V -20 A +20 Suivante FIN
