20-Variateur Vitesse Mcc

8/12/2019 20-Variateur Vitesse Mcc

1/32

20 Machine btons Variateur vitesse MCC

2797 T20-X 1

Chapitre 20

Machine btons Variateur vitesse MCC

INTRODUCTION 2

TRAVAIL PERSONNEL

1. Principe dumoteur courant continu 5

2. Synoptique et schma fonctionnel 6

3. La carte de puissance 7

4. La carte de contrle 12

DOCUMENTS RESSOURCE

AUTOCORRECTION

1. Principe du moteur courant continu 20

2. Synoptique et schma fonctionnel 21

3. La carte de puissance 22

4. La carte de contrle 27


2/32


3/32


2797 T20-X 3

- Le dplacement vertical de la pince est ralis par un ensemble moteur asynchrone avec rducteur pilot

par un variateur de vitesse.

- Le dplacement horizontal du chariot est assur par un ensemble moteur courant continu avec

rducteur pilot par un variateur de vitesse.

- Le positionnement est gr par une commande de mouvement type Lexium de Tlmcanique pilotant

un moteur Brushless.

Dans ce chapitre nous allons nous intresser plus particulirement au dplacement horizontalcommand par un variateur de vitesse de type Rectivar de Tlmcanique.

Les caractristiques lectriques du moteur de dplacement horizontal sont les suivantes :

- Puissance utile : 0,122 KW

- Induit : 1,05 A 170 V

- Inducteur : 0,13 A 190 V

- Vitesse : 3000 tr/min

Racteur

avec les

crayons

Crayons

dans la

piscine

Pince de

manipulation


4/32


2797 T20-X 4

Analyse du fonctionnement dun variateur de vitesse pour lacommande dun moteur courant continu.

Le dplacement horizontal des crayons est assur par un ensemble moteur - rducteur pilot par un variateur

de vitesse de type Rectivar RTV de marque Tlmcanique. Lensemble mcanique permet le dplacement

horizontal du chariot supportant les moteurs. Des capteurs inductifs signalent lautomate de commande

lemplacement des ranges de crayons.

Moteur courant continu

Rducteur

Crmaillre horizontale

Capteurs de positionnement

du chariot horizontal

Chariot horizontal

Axe dentranement


5/32


2797 T20-X 5

1. Principe du moteur courant continu

1.1.Constitution

Comme tout les moteurs, le moteur courant continu est constitu de deux parties :

- Une partie fixe ou statique appel le stator dans lequel on cre un champ magntique,

- Une partie mobile en rotation appel le rotor aliment en courant continu travers le collecteur

solidaire du rotor sur lequel viennent frotter les charbons ou balais.

Ces deux lments sont aussi appels induit et inducteur de la machine :

Le stator du moteur courant continu est : ___________________

Le rotor du moteur courant continu est : ____________________

1.2.Fonctionnement

Le champ magntique dans le stator est produit :

- soit par un aimant permanent dans le cas des petits moteurs courant continu

- soit par un lectroaimant, bobine alimente par un courant continu dans le cas des moteurs

courant continu excitation spare. Le courant traversant le stator, appel courant dexcitation,

produit un champ magntique B perpendiculaire aux bobines du rotor.

La quantit de champ magntique traversant les spires est appel flux magntique .

Le rotor plac dans un champ magntique B est lui-mme aliment sous une tension continue.

Chacun des conducteurs du rotor de longueur L , parcouru par un courant continu I est alors soumis

des forces lectromagntiques telle que F = B.I.L appeles forces de __________________

Une spire du rotor ayant ses deux conducteurs diamtralement opposs est sous leffet dun couple de

force lectromagntique qui entrane le moteur en rotation.

Dans le cas dun moteur excitation spare, le champ magntique et donc le flux magntique peuvent

tre maintenu constant grce au rglage du _____________________________

Dans ce cas, la frquence de rotation du moteur est proportionnel ___________________________

Et le couple lectromcanique du moteur est proportionnel ________________________________

1.3.Schma

Complter le schma dalimentation ci dessous en faisant figurer le deux grandeurs fondamentales que

sont le courant dexcitation Ie et la tension dalimentation V du moteur :

Dans la suite, lalimentation du moteur courant continu sera faite par un variateur de vitesse.

Stator RotorM=


6/32


2797 T20-X 6

2. Synoptique et schma fonctionnel du variateur

Sur le schma fonctionnel du variateur de vitesse pour moteur courant continu ci dessous,

Identifier et reprer chacune des fonctions suivantes :

Lalimentation de linducteur

Lalimentation de linduit

La mesure du courant moteur

La mesure de la vitesse du moteur

La consigne de vitesse

La rampe dacclration

La rgulation de vitesse

La rgulation de courant

La commande dallumage des thyristors


7/32


2797 T20-X 7

3. La carte de puissance

Sur la carte de puissance on trouve les fonctions suivantes :

- Lalimentation de linducteur- Lalimentation de linduit

- La mesure du courant dinduit

- Les diffrentes alimentations internes au variateur


8/32


2797 T20-X 8

3.1.Lalimentation de linducteur

Voici le schma de lalimentation de linducteur :

Le rseau dalimentation alternatif V = 230 V 50 Hz est raccord sur les bornes FL1 et FL2,

linducteur du moteur est branch entre les bornes F1 et F2.

Tracer sur le chronogramme ci dessous lallure de la tension aux bornes de linducteur :

- dans le cas 1 o le cas cavalier F est plac entre les bornes 0 et 1



9/32


2797 T20-X 9

Sachant que la tension du rseau dalimentation est 230 V quelle est la valeur maximale de la tension

aux bornes de linducteur ?

quelle est la valeur moyenne de la tension aux bornes de linducteur dans le cas 1 et dans le cas 2 ?

3.2.Lalimentation de linduit

Voici le schma de lalimentation de linduit :


10/32


2797 T20-X 10

Lalimentation de linduit se fait laide dun montage ralis avec 2 thyristors et 2 diodes.

Comment appelle t-on ce montage ?

Quelles sont les conditions pour quun thyristor conduise ?

Quappelle t-on angle damorage dun thyristor ou angle de retard lallumage ?

Tracer sur le chronogramme ci dessous lallure de la tension dalimentation de linduit :

- dans le cas 1 o langle damorage est = / 2

- dans le cas 2 o langle damorage est = / 4

- dans le cas 3 o langle damorage est = 3/ 4

La tension dalimentation du rseau est 230 V 50 Hz

Quelle est la valeur moyenne de la tension dalimentation de linduit dans les 3 cas ci dessus ?


11/32


2797 T20-X 11

3.3.La mesure du courant dinduit

La mesure de lintensit dans linduit est faite avec

un capteur de courant effet Hall qui dlivre une

tension continue proportionnelle au flux dans le

tore, flux cr par le courant dans linduit.

Quelles sont les tensions dalimentation du capteur

effet Hall ?

Vers carte contrle

OUT

Rglage de loffset ( dcalage du 0 V)


12/32


2797 T20-X 12

4. La carte de contrle

La carte de contrle est alimente en tensions continues + 15 V et 15 V ralises laide de redresseur et

de rgulateurs intgrs partir dun transformateur situ sur la carte de puissance.

La carte de contrle regroupe les fonctions suivantes :

Allumeur

Alimentation


13/32


2797 T20-X 13

Nous allons nous intresser plus particulirement :

- Lalimentation

- Lallumeur ou commande dallumage des thyristors

4.1.Lalimentation

Voici le schma de lalimentation fournissant les tensions continues la carte de contrle :

230 V20 V

20 V


14/32


2797 T20-X 14

Le transformateur TR1 , aliment au primaire en 230 V 50 Hz , fournit au secondaire deux fois 20 V

En tenant compte dune chute de tension de 0,7 V dans les diodes de redressement ;

quelle sont les tensions prsentes sur les entres 3 (IN) des deux rgulateurs REG1 et REG2 ?Les rgulateurs ont pour rfrence LM317 , document ressource fourni.

Sur le schma de lalimentation, prciser le rle des diodes D1 etD2 :

A laide du schma dapplication ci aprs,

Dterminer la valeur de rglage du potentiomtre P1 pour obtenir +15 V en sortie de REG1

et du potentiomtre P2 pour obtenir - 15 V en sortie de REG2


15/32


2797 T20-X 15

4.2.Lallumeur

Lallumeur envoie les signaux de commande sur la gchette des deux thyristors permettant ainsi leur

conduction un instant prcis correspondant un manque dintensit dans le moteur.

Cette commande intervient un instant bien dfini avec un angle de retard bien prcis par rapport la

tension sinusodale du rseau et prenant en comptelinformation de retour du courant.

La commande doit donc :

- tre synchronise sur la frquence du rseau,

- tenir compte de lvolution du temps sur une alternance,

- prendre en compte la rfrence donn par le retour courant.

La synchronisation sur la frquence du rseau

Le circuit intgr LM324 est joint en document ressource.Le LM324 est aliment entre +15 V et 15 V.

Quelle est la fonction des deux circuits LM324 ?

Quelle est la valeur du potentiel sur la patte 6 et sur la patte 3 du LM324 ?

Signal dentre Ve

sinusode image de

la tension du rseau

dalimentation 50Hz

Signal de sortie Vs1



16/32


2797 T20-X 16

On vous donne lallure du signal dentre Ve , tracer les signaux Vs1 et Vs2 :

Lintgration sur une alternance

Son rle est de fournir une tension dont la valeur dpend du temps dans lalternance. Pour chaque

alternance, le montage intgrateur prendra en compte soit Vs1 soit Vs2 et sa sortie sera remise 0

chaque top de synchronisation.

Donner le schma de principe dun additionneur intgrateur amplificateur oprationnel :

Ve1V / division

0 V

Vs1

15V/division

0 V

Vs2

15V/division

0 V

Synchronisation


17/32


2797 T20-X 17

Donner lallure du signal Vi en sortie du montage intgrateur :

La comparaison

Son rle est de comparer le signal de sortie Vi de lintgrateur et le signal de rfrence Vr provenant

de la mesure du courant et de fournir le signal pour la commande des thyristors.

Donner le schma de principe du comparateur amplificateur oprationnel :

Donner lallure du signal en sortie du montage comparateur

pour la rfrence Vr1 gale 1/4 de Vi max :


Que peut-on en conclure sur le temps de conduction des thyristors ?


18/32


2797 T20-X 18

Document ressource : LM317


19/32


2797 T20-X 19

Document ressource : LM324


20/32


2797 T20-X 20

1. Principe du moteur courant continu

1.1.Constitution

Ces deux lments sont aussi appels induit et inducteur de la machine :

Le stator du moteur courant continu est : _linducteur ( crateur de champ)

Le rotor du moteur courant continu est : __Linduit__________________

1.2.Fonctionnement

Le rotor plac dans un champ magntique B est lui-mme aliment sous une tension continue.

Chacun des conducteurs du rotor de longueur L , parcouru par un courant continu I est alors soumis

des forces lectromagntiques telle que F = B.I.L appeles forces de ___Laplace_______________

Une spire du rotor ayant ses deux conducteurs diamtralement opposs est sous leffet dun couple de

force lectromagntique qui entrane le moteur en rotation.

Dans le cas dun moteur excitation spare, le champ magntique et donc le flux magntique peuvent

tre maintenu constant grce au rglage du _courant dexcitation de linducteur ___

Dans ce cas, la frquence de rotation du moteur est proportionnel la tension dalimentation de linduit

Et le couple lectromcanique du moteur est proportionnel _lintensit du courant dans linduit__

(Voir cours Etude dun ouvrage chapitre 13)

1.3.Schma

Complter le schma dalimentation ci dessous en faisant figurer le deux grandeurs fondamentales que

sont le courant dexcitation Ie et la tension dalimentation V du moteur :

Dans la suite, lalimentation du moteur courant continu sera faite par un variateur de vitesse.

Stator RotorM=

IeV


21/32


2797 T20-X 21

2. Synoptique et schma fonctionnel du variateur

Sur le schma fonctionnel du variateur de vitesse pour moteur courant continu ci dessous,

Identifier et reprer chacune des fonctions suivantes :

Lalimentation de linducteur

Lalimentation de linduit

La mesure du courant moteur

La mesure de la vitesse du moteur

La consigne de vitesse

La rampe dacclration

La rgulation de vitesse

La rgulation de courant

La commande dallumage des thyristors


22/32


2797 T20-X 22

3. La carte de puissance

Sur la carte de puissance on trouve les fonctions suivantes :

- Lalimentation de linducteur- Lalimentation de linduit

- La mesure du courant dinduit

- Les diffrentes alimentations internes au variateur


23/32


2797 T20-X 23

3.1.Lalimentation de linducteur

Voici le schma de lalimentation de linducteur :

Le rseau dalimentation alternatif V = 230 V 50 Hz est raccord sur les bornes FL1 et FL2,

linducteur du moteur est branch entre les bornes F1 et F2.

Tracer sur le chronogramme ci dessous lallure de la tension aux bornes de linducteur :



Cas n1 redressement

double alternance

Cas n2 redressement

simple alternance


24/32


2797 T20-X 24

Sachant que la tension du rseau dalimentation est 230 V quelle est la valeur maximale de la tension

aux bornes de linducteur ?

La tension maximale de la tension aux bornes de linducteur est 230 x 1,414 = 325 V

quelle est la valeur moyenne de la tension aux bornes de linducteur dans le cas 1 et dans le cas 2 ?

La valeur moyenne de la tension aux bornes de linducteur est :

Dans le cas n1 : double alternance Vmoy = 2 x V max / = 2 x 325 / = 206 V

Dans le cas n2 : simple alternance Vmoy = V max / = 325 / = 103 V

3.2.Lalimentation de linduit

Voici le schma de lalimentation de linduit :

Lalimentation de linduit se fait laide dun montage ralis avec 2 thyristors et 2 diodes.

Comment appelle t-on ce montage ?

Il sagit dun pont redresseur command ou contrl mixte asymtrique


25/32


26/32


2797 T20-X 26

3.3.La mesure du courant dinduit

La mesure de lintensit dans linduit est faite avec

un capteur de courant effet Hall qui dlivre une

tension continue proportionnelle au flux dans le

tore, flux cr par le courant dans linduit.

Quelles sont les tensions dalimentation du capteur

effet Hall ?

Les tensions dalimentation sont donnes par les

diodes zener

V+ = 5,6 VV- = - 5,6 V

Vers carte contrle

OUT

Rglage de loffset ( dcalage du 0 V)


27/32


2797 T20-X 27

4. La carte de contrle

La carte de contrle est alimente en tensions continues + 15 V et 15 V ralises laide de redresseur et

de rgulateurs intgrs partir dun transformateur situ sur la carte de puissance.

La carte de contrle regroupe les fonctions suivantes :

Allumeur

Alimentation


28/32


2797 T20-X 28

Nous allons nous intresser plus particulirement :

- Lalimentation

- Lallumeur ou commande dallumage des thyristors

4.1.Lalimentation

Voici le schma de lalimentation fournissant les tensions continues la carte de contrle :

230 V20 V

20 V


29/32


2797 T20-X 29

Le transformateur TR1 , aliment au primaire en 230 V 50 Hz , fournit au secondaire deux fois 20 V

En tenant compte dune chute de tension de 0,7 V dans les diodes de redressement ;

quelle sont les tensions prsentes sur les entres 3 (IN) des deux rgulateurs REG1 et REG2 ?Les rgulateurs ont pour rfrence LM317 , document ressource fourni.

La tension prsente sur les entres des rgulateurs est gale Vmax 2 Vd

Vmax = 1,414 x Veff = 28,2 V

Vd = 0,7 V

Vin = 28,2 (2 x 0,7) = 26,8 V

Sur le schma de lalimentation, prciser le rle des diodes D1 etD2 :

La diode D1 protge le rgulateur REG1 contre les surtensions dues au condensateurs C5

La diode D2 protge le rgulateur REG2 contre les surtensions dues au condensateurs C4

A laide du schma dapplication ci aprs,

Dterminer la valeur de rglage du potentiomtre P1 pour obtenir +15 V en sortie de REG1

et du potentiomtre P2 pour obtenir - 15 V en sortie de REG2

La tension de sortie est donne par la relation Vout = 1,25 x ( 1 + R2/R1)

Dans le montage , pour le rgulateur REG1, la relation devient : Vout = 1,25 x ( 1 + P1/R1)

Comme on souhaite que Vout = 15V P1 = R1 x [(Vout/1,25) 1 )]

P1 = 147 x [(15/1,25) 1 )]

P1 = 147 x 11 = 1617 ohm

P1 = 1617 ohmDe mme pour le rgulateur REG2 P2 = 1617 ohm


30/32


2797 T20-X 30

4.2.Lallumeur

Lallumeur envoie les signaux de commande sur la gchette des deux thyristors permettant ainsi leur

conduction un instant prcis correspondant un manque dintensit dans le moteur.

Cette commande intervient un instant bien dfini avec un angle de retard bien prcis par rapport la

tension sinusodale du rseau et prenant en comptelinformation de retour du courant.

La commande doit donc :

- tre synchronise sur la frquence du rseau,

- tenir compte de lvolution du temps sur une alternance,

- prendre en compte la rfrence donn par le retour courant.

La synchronisation sur la frquence du rseau

Le circuit intgr LM324 est joint en document ressource.Le LM324 est aliment entre +15 V et 15 V.

Quelle est la fonction des deux circuits LM324 ?

Les deux circuits LM324 sont des amplificateurs oprationnels monts en comparateurs

A1 compare les tensions prsentes sur les pattes 5 et 6 et positionne la sortie 7

A2 compare les tensions prsentes sur les pattes 2 et 3 et positionne la sortie 1

Quelle est la valeur du potentiel sur la patte 6 et sur la patte 3 du LM324 ?

Le potentiel sur la patte 6 est donn par le pont diviseur R74 et R75

V6 = R75 x 15 / (R74 + R75) V6 = 15 x 1,8 / ( 1,8 + 33)

V6 = 0,8 VLe potentiel sur la patte 3 est donn par le pont diviseur R80 et R81

V3 = R80 x (-15)/ (R80 + R81) V3 = -15 x 1,8 / ( 1,8 + 33)

V3 = - 0,8 V

Signal dentre Ve

sinusode image de

la tension du rseau

dalimentation 50Hz




31/32


2797 T20-X 31

On vous donne lallure du signal dentre Ve , tracer les signaux Vs1 et Vs2 :

Lintgration sur une alternance

Son rle est de fournir une tension dont la valeur dpend du temps dans lalternance. Pour chaque

alternance, le montage intgrateur prendra en compte soit Vs1 soit Vs2 et sa sortie sera remise 0

chaque top de synchronisation.

Donner le schma de principe dun additionneur intgrateur amplificateur oprationnel :

Ve1V / division

0 V

Vs1

5V/division

0 V

Vs2

5V/division

0 V

Synchronisation

0,8 V

- 0,8 V

-

+

0 V

Vs1

Vs2

R

R

C

Vi


32/32


Donner lallure du signal Vi en sortie du montage intgrateur :

La comparaison

Son rle est de comparer le signal de sortie Vi de lintgrateur et le signal de rfrence Vr provenant

de la mesure du courant et de fournir le signal pour la commande des thyristors.

Donner le schma de principe du comparateur amplificateur oprationnel :

Donner lallure du signal en sortie du montage comparateur



Que peut-on en conclure sur le temps de conduction des thyristors ?

Plus la rfrence de retour courant est faible plus le thyristor est command longtemps

Et inversement si la rfrence est leve limpulsion est brve.

Vi max

Vi max

Vi max

-

+Vr

Vi

R1 Vcde

R2

R1R2

Pour Vr1

Pour Vr2

20-Variateur Vitesse Mcc

Documents

Transcript of 20-Variateur Vitesse Mcc