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ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 1 Proposition dessai de système Lycée Saint Joseph St Martin les Boulogne.

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1 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 1 Proposition dessai de système Lycée Saint Joseph St Martin les Boulogne

2 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 2 ESSAIS DE SYSTEMES Thème : REVERSIBILITE Support : AXE Z

3 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 3 PROBLEMATIQUE GLOBALE Le système de levage dun transstockeur piloté par un variateur de vitesse (moteur asynchrone) déclenche régulièrement : avec la mention « Freinage excessif » inscrite sur la face avant du variateur. Quels sont les phénomènes mis en jeu, liés à ce défaut ? En déduire les solutions pour remédier à ce défaut et quelles en sont les conséquences ?

4 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 4 Ce défaut est apparu depuis la manutention de charges plus lourdes suite à un changement de production mais sans dépasser la charge nominale. Ce défaut survient en bas de la descente Détails supplémentaires :

5 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 5 OBJECTIF DU TP Mettre en situation laxe Z de façon à reproduire les circonstances qui ont abouti au défaut. Choisir et interpréter les mesures avec des paramètres adaptés. Donner les solutions et leurs conséquences. NB : Le sous-système axe Z est supposé avoir ayant les mêmes caractéristiques techniques que le transstockeur.

6 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 6 DOCUMENTS RESSOURCES Documentation GTI SYSTEMES sur laxe Notice ATV 71 NB : LATV 71 est un variateur de vitesse pour moteur asynchrone. Il est paramétré en contrôle vectoriel de flux sans codeur. Il ne dispose pas de module de freinage. Dossier de projet Axe 2006 (TSX 57 ; ATV 71 ; Pupitre KEP France)

7 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 7 1.Recherche des causes du défaut 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences PLAN 1

8 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 8 PROBLEMATIQUE PARTICULIERE En quoi le défaut révèle-t-il un problème dans la réversibilité du système ? 1.Recherche des causes du défaut

9 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 9 Interpréter le défaut « FREINAGE EXCESSIF » dans la notice de lATV Recherche des causes du défaut

10 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 10 1.Recherche des causes du défaut

11 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 11 1.Recherche des causes du défaut 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences PLAN 2

12 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 12 PROBLEMATIQUE PARTICULIERE Comment évaluer lénergie au niveau du système pour situer le seuil de réversibilité ? 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie

13 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 13 Daprès les documents techniques GTI et au regard de la partie opérative, détailler la chaîne cinématique du système mécanique. Dessiner et nommer les principaux composants internes du variateur de vitesse. 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie Rechercher les caractéristiques du système (paramètres mécaniques et électriques) 2 – 1 Chaîne dénergie du système axe Z (en vertical) 2-1

14 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 14 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 1 Chaîne dénergie du système axe Z (en vertical)

15 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 15 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 1/15.4 MASSE TOTALE CHARIOT 25 kg MOTOREDUCTEUR 2 – 1 Chaîne dénergie du système axe Z (en vertical)

16 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 16 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 1/ – 1 Chaîne dénergie du système axe Z (en vertical)

17 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 17 a) – Dans le cas dune charge entraînante, discuter pour laxe Z de la réversibilité de chaque élément ci-dessus et de son comportement (en partant de la charge et en remontant vers le réseau). On présentera les réponses sous la forme dun tableau (Excel ou Word). A un moment donné on arrive à une limite de la réversibilité. Expliquer pourquoi. b) – Quel est lélément capable dabsorber lénergie renvoyée. Dans notre application y a-t-il possibilité dévacuation de lénergie ? 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 2 Étude de la réversibilité du système global La réversibilité dun système global nécessite : a) – la possibilité pour chaque élément de renvoyer lénergie vers lélément en amont b) – labsorption de lénergie et éventuellement son évacuation 2-2

18 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 18 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 2 Étude de la réversibilité du système global Elément pouvant absorber lénergie Rappel : lATV présent ne dispose pas de module de freinage. Limite de la réversibilité

19 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 19 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 3 Étude de la réversibilité partielle Pendant la montée, lénergie est fournie par le réseau : non seulement celle de la charge mais également les pertes de chacun des éléments décrits ci-dessus. Apport dénergie Énergie fournie par le réseau Pertes au niveau de chaque élément Énergie fournie à la charge 2-3

20 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 20 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 3 Étude de la réversibilité partielle Pendant la descente, si lénergie fournie par la charge est faible (charge faible, vitesse faible, fonctionnement à vide), celle-ci ne suffit même pas à fournir les pertes des éléments successivement rencontrés et le réseau continue tout de même à fournir de la puissance. On voit donc apparaître un seuil de réversibilité où : - la puissance est négative en aval du seuil - la puissance est positive en amont du seuil Limite de réversibilité Renvoi dénergie Apport dénergie Énergie fournie par le réseau Pertes de ces éléments fournies par la charge Énergie fournie PAR la charge Pertes de ces éléments fournies par le réseau

21 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 21 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 3 Étude de la réversibilité partielle Si lénergie fournie par la charge est un peu plus grande on recule ainsi le seuil de réversibilité : Seuil de réversibilité Renvoi dénergie Apport dénergie Énergie fournie par le réseau Pertes de ces éléments fournies par la charge Énergie fournie PAR la charge Pertes de cet élément fournies par le réseau

22 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 22 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 4 Moyens de mesure On passera en revue dans la chaîne dénergie les moyens disponibles ou ceux que lon pourrait mettre en œuvre pour évaluer ou constater simplement la réversibilité. On évaluera ainsi : la puissance mécanique la puissance électrique lénergie mise en jeu dans le condensateur par la visualisation de la tension à ses bornes. Donner à chaque fois : la grandeur à mesurer. lappareil de mesure à utiliser en pointant lendroit de la mesure sur la chaîne dénergie. 2-4

23 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 23 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 2 – 4 Moyens de mesure Tension bus continu Vitesse linéaire Capteur magnétostrictif Puissance électrique Couple (capteur) Puissance électrique

24 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 24 1.Recherche des causes du défaut 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences PLAN 3

25 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 25 PROBLEMATIQUE PARTICULIERE Pour une charge éloignée de la charge nominale (et en particulier pour le sous-système axe Z), comment situer le seuil de réversibilité ? Montrer que le variateur ne peut pas passer en défaut. 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement

26 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 26 à travers 2 essais : à vide en charge (20 kg) avec les paramètres suivants : vitesse moteur : 1500 tr/mn temps de rampe daccélération et de décélération (en ms/1500tr.mn -1 ) au minimum en mouvements alternatifs on relèvera : le couple mécanique (capteur de couple) la vitesse (capteur magnétostrictif) la puissance absorbée par le moteur la tension aux bornes du condensateur 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement

27 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 27 Interprétation des résultats On ne sintéressera dans un premier temps quà la descente en régime établi Donner sous la forme dun tableau : Puissance de la charge Puissance au niveau du couplemètre Puissance absorbée par le moteur En plaçant les valeurs sur la chaîne dénergie, interpréter les valeurs pour situer le seuil de réversibilité. NB : On soulignera par calcul léloignement du régime nominal. Pendant les changements de sens, interpréter les courbes de couple et la forme de la tension aux bornes du condensateur. 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement

28 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 28 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement Essai à vide Echelles Couple 0.25V / Nm Vitesse 1V / 0.15 ms -1 Montée Descente Echelles Couple 0.25V / Nm Ucond 1V / 200V Masse 0+25 kg Pcharge = F * V = 25 * 9.81 * (-0.27) = - 66 W Pméca (capt) = C * = 4.8 * (-0.27/0.027) = - 48 W Pmoteur ~ + 57 W

29 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 29 Echelles Couple 0.25V / Nm Ucond 1V / 200V Echelles Couple 0.25V / Nm Vitesse 1V / 0.15 ms -1 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement Essai à mi-charge Montée Descente Masse kg Pcharge = F * V = 45 * 9.81 * (-0.27) = W Pméca (capt) = C * = 9.6 * (-0.27/0.027) = - 96 W Pmoteur ~ + 12 W

30 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 30 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement Bilan des 2 essais -66 W-48 W+57 W À vide À mi- charge -119 W-96 W+12 W Limite de réversibilité Limite de réversibilité Rien de visible En régime établi Rien de visible En régime établi

31 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 31 1.Recherche des causes du défaut 2.Recherche des possibilités de mesure au niveau des éléments de la chaîne dénergie 3.Mise en évidence du seuil de réversibilité et de son déplacement 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences PLAN 4

32 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 32 RedresseurOnduleur Quelle est la conséquence de la réversibilité totale au niveau de la tension du condensateur ? Justifier lapparition du défaut décrit dans la problématique initiale. Quels sont les paramètres qui vont influer sur la valeur de la tension aux bornes du condensateur après un temps donné ? 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences Uc U0U0 Pente Ic/C Apparition du défaut si pas de module de freinage Limite constructeur t Uc Ic

33 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 33 Echelles Couple 0.25V / Nm Vitesse 1V / 0.15 ms -1 Augmenter la charge pour voir apparaître le phénomène (en présence du professeur) sans pour cela provoquer le défaut. Echelles Couple 0.25V / Nm Ucond 1V / 200V Montée Descente Pente : 40V / s = Ic / C 560 V 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences Montée Descente On pourrait atteindre 1000 V en (1000 – 560) / 40 = 11 s Essai à charge < charge nominale 700 V

34 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z W-108 W-21 W Limite de réversibilité Augmentation de la tension < 370 W / 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences Essai à charge < charge nominale

35 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 35 Proposer des solutions pour résoudre le problème, sachant que les contraintes de productivité empêchent limmobilisation du transstockeur. Faire les essais correspondants aux solutions sils sont possibles. Conclure sur les conséquences des 2 solutions 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences 1ère solution : le technicien se doit de trouver une solution la moins contraignante possible pour pallier le défaut en attendant une solution plus radicale. Le défaut qui est apparu sur le transstockeur est dû à une « manutention de charges plus lourdes », donc à une augmentation de la puissance globale puisquil nest pas mentionné de changement de vitesse. Il faut donc réduire cette puissance globale P = m * g * V en diminuant la vitesse puisquon ne peut pas agir sur la masse des pièces.

36 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 36 Proposer des solutions pour résoudre le problème, sachant que les contraintes de productivité empêchent limmobilisation du transstockeur. Faire les essais correspondants aux solutions sils sont possibles. Conclure sur les conséquences des 2 solutions 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences 1ère solution : Il est donc prévu de procéder une diminution de la vitesse du transstockeur. Cette diminution sera proportionnelle à laugmentation de la masse des pièces pour revenir à la puissance d« avant la manutention de pièces plus lourdes ». On nagira ainsi, si on le peut, uniquement pendant la descente pour ne pas nuire 2 fois au temps de production. On évaluera le temps perdu par cycle, et on chiffrera les pertes financières dues à la baisse de la productivité.

37 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 37 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences 1ère solution : Vitesse actuelle : 1500 tr/mn La charge est passée de 45 kg (y compris la masse du chariot et de la motorisation) à 58 kg donc laugmentation est de 58 / 45 = 1.29 La nouvelle vitesse sera 1500 : 1.29 = 1164 tr/mn Echelles Couple 0.25V / Nm Ucond 1V / 200V Lessai ci-contre a été réalisé à 1300 tr/mn dans les 2 sens (montée et descente) avec une charge de 58 kg (au total) : on observe beaucoup de discontinuités pendant la descente qui indiquent que lon est très proche de la réversibilité. Une mesure de la puissance fournie par le réseau aurait pu montrer que lon est proche de la puissance nulle. Montée Descente

38 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 38 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences Décision est prise de prendre une vitesse de 1200 tr/mn pour la descente et de 1500 tr/mn Soit tc le temps du cycle précédent, si on néglige les temps daccélération et de décélération : le temps de montée restera de tc / 2 le temps de descente passera à tc / 2 * 1500 / 1200 = tc Soit un temps de cycle de tc = tc Le nombre de cycles dans un temps donné sera divisé par soit multiplié par Soit une diminution de productivité de 11 %.

39 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 39 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences 2ème solution (en complément de la 1ère) : On peut, simultanément à la diminution de vitesse, agir sur les rampes daccélération et de décélération car si les rampes sont très raides on voyait nettement sur la courbe de tension aux bornes du condensateur une augmentation de tension courte mais non négligeable qui peut faire atteindre le seuil fatidique au moment du freinage en fin de descente (pic plus important en fin de descente quen fin de montée) Montée Descente Lessai a été fait pour 1300 tr/mn avec une rampe dans les 2 sens de 0.5 s / 1500 tr/mn. Ce qui correspond à une durée de cycle de 1.5 s supplémentaire. On voit une nette amélioration de la continuité de la courbe et une diminution voire même une disparition du pic en fin de descente.

40 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 40 4.Prévision dapparition du défaut en augmentant la charge – Solutions technologiques – Conséquences 3ème solution Les solutions précédentes sont provisoires en attendant lachat, sil est accepté par les impératifs de budget, dun module de freinage. Il faudra alors calculer les résistances de freinage, cette fois-ci pour la charge nominale pour ne plus être surpris par une nouvelle augmentation des charges. Il y a lieu de demander un devis au fournisseur pour préparer le dossier dinvestissement et les coûts prévisionnels, demander les délais dapprovisionnement. Il faudra estimer les délais de réalisation. Cette solution aurait dailleurs pu être prévue à la conception du système.

41 ESSAIS DE SYSTEMES REVERSIBILITE AXE X ou Z 41 Compétences : C01 : Analyser un dossier C02 : Choisir une solution technique C04 : Rédiger un document de synthèse C05 : Argumenter sur la solution technique retenue C14 : Analyser les causes de dysfonctionnement C17 : Mettre en œuvre des moyens de mesurage C18 : Interpréter des résultats de mesure et dessais C20 : Régler les paramètres C11 : Estimer les coûts prévisionnels C15 : Estimer les délais de réalisation


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