SEANCE d’ESSAIS de SYSTEMES – Thème n°1...

Mme & Mr. COSTARD et AUBERT TP_thm1_ferelec_MES.doc Durée : 6h / 10

PROBLEMATIQUE :

CONDITIONS de DEROULEMENT de l’ESSAI : Phases de l’essai Objectifs Activités

1_Identification,

analyse matérielle

et

fonctionnelle(1H30)

Comprendre clairement la correspondance entre le

train réel et le système FERELEC

Lecture et analyse Diaporama

Observation visuelle du système et de sa partie

opérative

2_Etude des

schémas

électriques (2H)

Comprendre le fonctionnement de la partie puissance

(Pont et moteurs) du système en mode traction et

freinage rhéostatique. Choix des ponts et protections.

Lecture et analyse de la documentation

technique du système

3_Mise en service

du système et

exploitation (2H)

Configurer le système pour les modes de

fonctionnement freinage et traction. démarrer le

système dans une configuration donnée

analyser l’influence d’un réglage sur le freinage

Paramétrage du logiciel (traction et freinage)

Etablissement et exploitation des courbes

temporelles vitesse et courant moteurs

� RESSOURCES DOCUMENTAIRES : Dossiers complets du férélec (notice, constructeur, schémas…) / diaporama « la traction électrique » / diaporama « le férélec » / accès Internet

� RESSOURCES LOGICIELLES : Microsoft Powerpoint Viewer, logiciel de pilotage et de configuration du Férélec

� RESSOURCES MATERIELLES : le système Férélec et un PC

� RESSOURCES MATERIELLES pour les MESURES : aucune

� CONSIGNES PARTICULIERES : Appeler le professeur avant les mises en service pour vérification !!!

SEANCE d’ESSAIS de SYSTEMES – Thème n°1

THEME : mise en service

FAMILLE de SYSTEMES : moyens de transport

SYSTEMES (photo) :

BB15000

Le système férélec (simulation de traction ferroviaire permettant de reproduire le comportement d’une locomotive BB15000, de ses wagons chargés ou non, des rails et de la caténaire) constituent des exemples viables des possibilités motrices des machines électriques. La première automobile fut électrique (la « jamais contente ») mais c’est la machine thermique qui domine aujourd’hui. Cela va sans doute évoluer à cause des coûts environnementaux générés par cette solution, de la raréfaction du pétrole et des techniques actuelles de contrôle et de maîtrise de l’énergie électrique.

L’étude consiste à :

� Effectuer les analyses matérielle et fonctionnelle de ce système

� Mettre en service le férélec.

STS Electrotechnique,

� Lycée de L’Essouriau


1111____Découverte de la traction ferroviaire et du système férélecDécouverte de la traction ferroviaire et du système férélecDécouverte de la traction ferroviaire et du système férélecDécouverte de la traction ferroviaire et du système férélec

1.1 Evaluation préalable des connaissances dans le domaine de la traction ferroviaire.

- Quel est l’ordre de grandeur de la puissance d’une locomotive électrique ? 50 à 100 kW ? 5000 à 10000 kW ? 500 à 1000 kW ? 50000 à 100000 kW ?

- Quelle est la vitesse maximale d’exploitation d’un TGV sur une ligne à grande vitesse ? 150 km/h ? 300 km/h ? 500 km/h ?

- Quel est l’ordre de grandeur de la masse totale d’un convoi ferroviaire ? <100 tonnes ? <1 000 tonnes ? <10 000 tonnes ?

��Visionner le diaporama « la traction électrique » pour répondre aux questions suivantes :

1.2 Citer les différents modes de traction utilisés depuis les origines de la traction ferroviaire. 1.3 Citer les avantages de la traction électrique sur les autres modes de traction. 1.4 Indiquer les caractéristiques des 2 sources d’alimentation électrique les plus répandues sur le réseau ferroviaire français. Préciser les longueurs de ligne correspondantes. 1.5 Repérer précisément sur les différentes représentations de la locomotive (Document Réponse) les constituants suivants et préciser leur fonction :

Caisse ou châssis, Bogie, Réducteurs, Moteurs électriques, Caténaire Pantographe, Cabines de conduite, Rails, Ballast

1.6 Expliciter la dénomination de la locomotive « BB 15000 » et préciser ses caractéristiques suivantes : masse, vitesse maximale en exploitation et puissance maximale. 1.7 Indiquer la fonction principale du système de transport ferroviaire. 1.8 Tracer sur la représentation donnée dans le Document Réponse la frontière du système objet de l’étude 1.9 Compléter les actigrammes donnés dans le Document Réponse. 1.10 Citer les grandeurs énergétiques influant sur le comportement du convoi ferroviaire. Expliquer dans chaque cas en quoi la contrainte énergétique peut « aider » ou « contrarier » le déplacement du train. Visionner le diaporama « le férélec » et observer les constituants sur le système du laboratoire. (Attention : de nombreuses pages du diaporama sont bien cachées). 1.11 Localiser en les entourant sur le Document Réponse, les éléments permettant d’imposer ces contraintes au système et expliquer dans chaque cas comment elles sont modélisées. 1.12 Expliquer comment s’effectue le réglage de la vitesse du convoi. En fonction de quelles Contraintes ?

2222____Etude de la partie puissance Etude de la partie puissance Etude de la partie puissance Etude de la partie puissance du système férélec du système férélec du système férélec du système férélec ETUDE MATERIEL et TECHNOLOGIQUE

(Les ressources concernant les constituants SEMIKRON sont accessibles sur le site du fabricant)

2.1 Relever les caractéristiques principales des motorisations mises en œuvre. 2.2 Indiquer le type de modulateur d’énergie mis en œuvre pour assurer la variation de vitesse de ces moteurs. Préciser la référence, le constructeur ainsi que les caractéristiques principales de ces derniers. 2.3 Indiquer le type de semi-conducteur utilisé dans ces modulateurs d’énergie. 2.4 Justifier la protection des ces modulateurs (type, calibre…). 2.5 Comment sont mesurés les courants des sources et des moteurs. ETUDE DES CONFIGRATIONS DE FONCTIONNEMENT

Préambule Quels sont les montages possibles avec les 2 sources (série ou parallèle) et les 2 motorisations (série ou parallèle) ?


Pour l’étude des schémas électriques, la configuration suivante sera retenue : �Sources en série �Moteurs en série �Commande synchronisée des deux ponts 2.6 En traction : Préciser l’état (Ouvert ou Fermé) des contacts du commutateur complexe SA1 et des contacteurs KM1, KM2, KM4, KM5 et KM6 (Document réponse) 2.7 Tracer le parcours de l’énergie sur le schéma développé (Document réponse)

2.8 Compléter le schéma simplifié de principe du circuit de puissance pour la configuration

d’essai en traction (Document réponse).

2.9 En freinage : Préciser l’état (Ouvert ou Fermé) des contacts du commutateur complexe SA1 et des contacteurs KM1, KM2, KM4, KM5 et KM6 (Document réponse) 2.10 Tracer le parcours de l’énergie sur le schéma développé (Document réponse)

2.11 Compléter le schéma simplifié de principe du circuit de puissance pour la configuration

d’essai de freinage (Document réponse).

3333_Mise en _Mise en _Mise en _Mise en service service service service du du du du férélecférélecférélecférélec

Configuration utilisée : Train de 170 tonnes sur voie horizontale

Sources en série Moteur en série Pont P1 mixte Pont P2 mixte Commande synchronisée des deux ponts

3.1 Effectuer les réglages matériels et logiciels pour la configuration ci-dessus. Indiquer la procédure à suivre pour travailler en sécurité. 3.2 Effectuer la mise en service du système.

3.3 Relever l’évolution de la vitesse n=f(t) et la consigne de courant moteur i=f(t) (donc de couple !) pour le cycle suivant : � marche en mode traction pour une consigne de 30A � régime établi � freinage par arrêt libre.

Remarque : pour obtenir un freinage en arrêt libre, cliquer sur freinage en haut à gauche de l’écran supervision afin de choisir « arrêt libre » et enfin valider.

3.4 Mesurer les temps d’accélération et de freinage par la méthode de la tangente à l’origine. Conclure sur la fiche de formalisation.

3.5 Relever l’évolution de la vitesse n=f(t), la consigne de courant i=f(t) et le courant dans la résistance de freinage pour les cycles suivants : (4 courbes à établir) � marche en mode traction pour une consigne de 30A � régime établi

� freinage rhéostatique pour des consignes de 30A, 20A, 10A et 0A.

3.6 Mesurer (par la méthode de la tangente à l’origine) les temps de freinage pour les différentes consignes de courant. Comparer les différents temps de freinage (arrêt libre et freinages rhéostatiques). Conclure sur la fiche de formalisation. Remarque : Sur l’écran de supervision, si la consigne est à 0 cela correspond à une consigne de courant nulle.

Le freinage n’est donc pas contrôlé. Pour maîtriser la décélération par freinage rhéostatique, il faut donner une consigne de courant donc de couple en augmentant la valeur de la consigne à l’aide de la souris ou du clavier.


DOCUMENTS REPONSES Question 1.5 : Question 1.8 :


Voyageurs oumarchandises

EERRWW

Communiquer

A1

Traiter lesdonnées

A2

A3

Gérer l’énergie

Déplacer

Acquérir les

donnéesA5

Cabine, pupitre de commande

Automate, régulateurs, logique électrique et

pneumatique

Capteurs de vitesse, et courant

* Informations affichées

Traction / Freinage

Images vitesses, courants moteurs et pontsA0

Pertes énergétiques

Énergie électriquerenvoyée au réseau

Commande :- disjoncteur- pantographe- auxiliaires

Vitesse, courants

Monophasé 230 V / 50 Hz

Locomotive,wagons, rails

Informationsà afficher

A4

* Énergie mécanique restituée

n moteurs,charge

I moteurs et ponts

Voyageurs ou marchandises

en situation initiale

Perturbations énergétiques

Ws

* Ordres conducteur →→→→ motrice

* Energie mécanique

Réglage I moteurs (pilotage ponts)

Le signe * indique un lienhypertexte associé au flux

Rails, caténaireartificielle, procédé

de gestion d’énergie

C

Ws

Waux

Quitter

Ws

* Dialogue voie / motrice

Ws

* Modes de marcheConsignes v, I

transportés

R E

Energie mécanique

I moteursI ponts

Quitter

I ponts

A3

Distribuer

A31

Adapter

A32

A33

Moduler

Convertir

Caténaire, pantographe,disjoncteur, contacteurs,

rail

Transformateurs

Ponts

Traction / Freinage

230V / 50 Hz

2 moteurs série

A34

Energie électrique restituée

Waux et Ws

Energie électrique restituée

Energie électriquerestituée

Energie mécanique restituée

Réseau monophasé 230V / 50 Hz

WWCommandes

EE

Disjoncteur, pantographeÉnergie électriquerenvoyée au réseau

Pertes énergétiques

Gérer l’énergie desauxiliaires et de commande

A35

Auxiliaires

2 x 24V / 50Hz

CC

- Circuits auxiliaires et de commande

RRRéglage courants moteurs (commandes ponts)

Energie électrique

Couplage moteurs

Résistances de freinage

Dissiper

A35

Couplage résistances

Question 1.9 :


Question 1.11 :

- Pénétration dans l’air :

Modélisation :

- Déclivité et profil de la voie :

Modélisation :

-Charge remorquée :

Modélisation :


Question 2.6 :

1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 19-20

O O O O O O O O O O

F F F F F F F F F F

KM1 O F

KM2 O F

KM4 O F

KM5 O F

KM6 O F

Question 2.7 :


Question 2.8 :

Question 2.9 :

1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 19-20

O O O O O O O O O O

F F F F F F F F F F

KM1 KM2 KM4 KM5 KM6

O O O O O

F F F F F

Question 2.11 :


Question 2.10 :


FICHE DE FORMALISATION

Précautions à prendre pour changer de configuration :

Les contraintes d’exploitation du système et leur modélisation.

Conclusion sur les temps d’accélération et de freinage.

Caractéristiques des moteurs & variateurs Moteurs : Variateurs :

EVALUATION Préparation 0-1-2-3-4-5

Travail en séance 0-1-2-3-4-5

Autonomie 0-1-2-3-4-5

Pertinence, exploitation 0-1-2-3-4-5 TOTAL : /20

THEME 1 – Mise en service Etudiant : date :

Remarques

Conclusion sur l’influence du mode de freinage.

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