TP 05 Etude de la chaîne d`énergie

TP 05
Etude de la chaîne d'énergie
MONTE-CHARGE
OBJECTIFS
 Etude de la chaine d'énergie.
 Etude du cycle de montée et de descente de la station de levage.
 Etude de la fonction acquérir (capteur de vitesse).
POINTS DU PROGRAMME ABORDES
§2.1.1 Organisation fonctionnelle d'une chaîne d'énergie
§2.3.5 Comportement énergétique des systèmes
Caractérisation des énergies.
§3.2.1 Transformateurs et modulateurs d’énergie associés
Actionneurs : moteurs électriques à courant continu ou asynchrone.
Modulateurs : Variateur de vitesse.
§3.2.3 Acquisition et codage de l'information.
Capteur de vitesse
SUPPORTS ET DOCUMENTATIONS UTILISES
 Station de levage Hydro Technic.
 Dossier technique et mise en service du système.
CONDITIONS DE REALISATION
 Travail en binôme
 Durée : 4h
 Compte rendu à rendre en fin de la séance
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MONTE-CHARGE
Le monte-charge permet de déplacer une charge verticalement. Il est possible de modifier :
 la vitesse maximale de déplacement,
 la rampe d'accélération (temps nécessaire pour atteindre la vitesse maximale),
 la rampe de décélération.
But :
Etudier la chaîne d'énergie pour un cycle de montée et de descente conforme au graphique cidessous.
tr/mn
800
t (s)
2s
Accélération
1s
Décélération
Partie A : Mise en service
A1 : En vous aidant de l'analyse fonctionnelle donnée en annexe n°2, compléter le diagramme
FAST de l'annexe n°3 :
A2 : Relever les caractéristiques du moteur indiquées sur la plaque signalétique.
Pn = ………………….
Un = ……………………
In = ……………………
Nn = ……………………
A3 : Mettre le système sous tension en utilisant la fiche de mise en service incluse dans la
documentation. La mise en service se fera en présence du professeur responsable.
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A4 : Déplacer la charge vers le haut. Lire la vitesse de rotation du moteur sur l'afficheur.
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A5 : Déplacer la charge vers le bas. Lire la vitesse de rotation du moteur sur l'afficheur.
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A6 : Que constatez-vous ? Pouvez-vous justifier votre réponse.
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A7 : Quelle est la vitesse maximale que l'on peut atteindre en phase de montée ?
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Partie B : Détermination du rapport de réduction.
B1 : Sur le schéma ci-contre, repérer les
différents éléments ;
-
Moteur
Tambour de treuil
Réducteur
Disque de frein
Charge
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B2 : Sur le dessin ci-dessous repérer les éléments suivants :
Le moteur.
Le tambour du treuil.
Le câble.
Le réducteur.
o
o
o
o
B3 : Le plan du réducteur ainsi que sa nomenclature sont donnés en annexe n°5 et 6.
Sur le plan ci-contre
repérer les éléments
suivants :
- Moteur
- Treuil
- Réducteur
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B4 : Faire fonctionner le système et observer la vitesse du moteur et celle du tambour de treuil.
Que constate-t-on ?
.............. ........................................................................................................................................
B5 : En déduire quel est le rôle du réducteur.
.............. ........................................................................................................................................
B6 : Sur le schéma cinématique ci-dessous repérer les 3 arbres du réducteur.
o Arbre moteur ------------------- Colorier en bleu ---------- Repérer 1
o Arbre intermédiaire ----------- Colorier en rouge -------- Repérer 2
o Arbre de sortie ---------------- Colorier en vert ----------- Repérer 3
B7 : Sur l’éclaté ci-dessous on retrouve les 3 arbres du réducteur
Repérer les différentes roues dentées définies sur le schéma ci-dessus.
rS r2 p.5/10
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B8 : Le rapport de réduction, noté r, de ce réducteur est définit par le rapport suivant :
Nt : Vitesse de rotation du tambour (en tr/min)
Nm : Vitesse de rotation du moteur (en tr/min)
Remarque : Z2 : représente le nombre de dents de la roue 2
A l’aide de la nomenclature et du plan du réducteur en annexe, déterminer les nombres de
dents des roues suivantes :
Z2 = ..................................
Z3 = ..................................
ZS = .................................
Z4 = ..................................
Z5 = ..................................
Z6 = ..................................
B9 : A l’aide de la formule donnée ci-dessus et des résultats trouvés à la question précédente,
déterminer le rapport de réduction.
................................... ...................................................................................................................
................................... ...................................................................................................................
................................... ...................................................................................................................
................................... ...................................................................................................................
Partie C : Détermination de la vitesse du moteur
C1 : En vous aidant des caractéristiques du palan données à l'annexe n°1, indiquer :
 la masse de la charge =
………………………….
 la hauteur totale de déplacement =
………………………….
 la vitesse linéaire maximale =
………………………….
C2 : Calculer la vitesse de rotation maximale en sortie du treuil.
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C3 : A partir des caractéristiques du réducteur, calculer la vitesse de rotation maximale (en
tr/mn) en sortie du moteur.
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C4 : Sachant que la vitesse de rotation est proportionnelle à la position du potentiomètre, régler
celui-ci pour obtenir une vitesse de 800 tr/mn. Faire vérifier par le professeur responsable.
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Partie D : Mesure de la vitesse du moteur
La vitesse de rotation du moteur est mesurée à l'aide d'une dynamo tachymétrique.
Vitesse de
rotation
CAPTEUR
Tension
0 à 10 V
Dynamo tachymétrique
La tension en sortie du capteur est disponible sur la sortie analogique (sous l'afficheur).
D1 : Mesurer la tension obtenue sur la sortie analogique (afficheur) pour une vitesse de montée
de 800 tr/mn.
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D2 : Mesurer la tension obtenue sur la sortie analogique (afficheur) lorsque le monte-charge est
à l'arrêt.
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On veut connaître l'évolution de la tension de sortie du capteur en fonction de la vitesse de
rotation du moteur.
D3 : Pour les positions 2, 4, 6, 8, 10 du potentiomètre, mesurer la tension obtenue sur la sortie
analogique pour une montée du monte-charge. Complétez pour cela le tableau ci-dessous.
Pos potentiomètre
2
4
6
8
10
n (tr/mn)
Montée
U (V)
D4 : A partir des mesures effectuées à la question précédente, calculer la "constante de
vitesse" (rapport entre la grandeur de sortie et la grandeur d'entrée) de la dynamo
tachymétrique.
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D5 : Relever ce rapport sur la plaque signalétique de la dynamo tachymétrique et comparez-le
au calcul précédent.
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Partie E : Etude du cycle de montée
Un relevé du cycle de montée a été effectué à l'aide d'un oscilloscope à mémoire sur la sortie
analogique du monte-charge.
L'oscillogramme est donné sur l'annexe n°4.
E1 : Sur cet oscillogramme, déterminez :
- la valeur maximale
= ………………………….
- la rampe d'accélération
= ………………………….
- la rampe de décélération
= ………………………….
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E2 : Ces valeurs correspondent-elles aux valeurs souhaitées au début du TP ? Justifiez votre
réponse.
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E3 : A l'aide de la documentation constructeur du variateur de vitesse, indiquer comment
modifier ces rampes d'accélération et de décélération.
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Partie F : Mesure de courant, de tension et de puissance absorbée
On souhaite mesurer la tension, l'intensité absorbée et la puissance absorbée par le montecharge pendant un cycle de fonctionnement (montée et descente).
F1 : Pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer l'intensité (bornes X21 et X22 du pupitre de
commande)
 pendant la phase de montée
IMontée = ……………….
 pendant la phase de descente
IDescente = ……………….
F2 : Toujours pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer la tension (bornes X23 et X24 du pupitre
de commande)
 pendant la phase de montée
UMontée = ……………….
 pendant la phase de descente
UDescente = ……………….
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F3 : Toujours pour une vitesse de 800 tr/mn, mesurer la puissance absorbée.
 pendant la phase de montée
PMontée = ……………….
 pendant la phase de descente
PDescente = ……………….
On veut connaître l'évolution de l'intensité et de la tension en fonction de la vitesse de rotation
du moteur.
F4 : Pour les positions 2, 4, 6, 8, 10 du potentiomètre, mesurer le courant et la tension du
moteur en montée et en descente. Complétez pour cela le tableau ci-dessous.
2
Pos potentiomètre
4
6
8
10
UMot (V)
Montée
IMot (A)
UMot (V)
Descente
IMot (A)
F5 : Tracer les courbes UMOT = f (Pos Pot) et IMOT = f (Pos Pot) pour la montée.
F6 : Que pouvez-vous en conclure ?
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ANNEXE N°1 : Caractéristiques du palan
Poulies
Caractéristiques système :
 hauteur totale = 2,5 m
 masse de la charge = 250 kg
 vitesse linéaire maximale = 0,22 m/s
Câble
Hauteur
totale
Caractéristiques tambour :
 diamètre extérieur = 225 mm
 diamètre intérieur = 190 mm
 rendement = 0,9
 masse volumique = 7,8 kg/dm3
Caractéristiques réducteur :
 rendement = 0,8
 rapport de réduction = 0,013
Charge
Caractéristiques des poulies :
 diamètre = 140 mm
 rendement = 0,95
Treuil +
réducteur
Annexes
Moteur
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ANNEXE N°2 : Analyse fonctionnelle
Diagramme des besoins
Charge < 250 kg
Utilisateur
Monte
charge
Déplacer une charge verticalement
Annexes
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Structure fonctionnelle
position
vitesse
effort
Chaîne
d'informations
Info visuelles
Afficheurs
TRAITER
Acquérir
Consigne de
vitesse
COMMUNIQUER
Capteur de vitesse,
de position, d'effort
Pupitre de commande
Circuit de
commande
Voyants
Afficheurs
Charge en
position
initiale
Ordres
PROTEGER
Energie
électrique
Disjoncteur général
MODULER
CONVERTIR
VARIATEUR DE
VITESSE
TRANSMETTRE
Moteur
Déplacer
Réducteur + Treuil
la charge
Chaîne d'Energie Annexes
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Charge en
position
finale
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ANNEXE N°3 : Diagramme FAST à compléter
FP1
Déplacer une
charge
verticalement
FT11
FT111
ST111
Alimenter en énergie
…………………….
FT112
ST112
Acquérir informations
…………………….
FT113
ST113
Donner des ordres
…………………….
FT114
ST1141
Moduler l'énergie
……………………..
Gérer le système
ST1142
………………………………
FT115
ST1151
Protéger matériels
et personnes
Grille de protection
ST1152
……………………...
FT12
ST121
Monter la charge
………………………
FT13
Descendre la
charge
Annexes
FT14
ST14
Transmettre le
mouvement
………………………
FT15
ST15
Limiter les efforts
………………………
p.4/7
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ANNEXE N°4 : Oscillogramme
0
Annexes
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ANNEXE N°5 : Nomenclature 23 Roue intermédiaire Z = 76 dents 22 Pignon intermédiaire Z = 20 dents 21 1 Plaque mobile 20 2 Ressort Plastique 19 1 Crochet 18 1 Poulie de moufle 17 2 Goupille élastique 16 2 Accouplement cannelé 15 1 Electro‐aimant 14 2 Garniture Ferodo 13 1 Disque 12 1 Câble 11 1 Guide enrouleur de câble Polyamide 10 1 Tambour 9 1 Couronne dentée Z = 84 dents 8 1 Arbre dentée de sortie Z = 20 dents 7 1 Roue dentée de sortie Z = 108 dents 6 1 Arbre entrée réducteur Z = 22 dents 5 1 Arbre intermédiaire 4 1 Arbre moteur 3 1 Carter de réducteur AS13 2 1 Moteur triphasé asynchrone 1 1 Châssis E24 Rep Nb Annexes
Désignation
Matière
Observations
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ANNEXE N°6 : Plan moteur + treuil Annexes
p.7/7