Automatisation d’une machine d’emballage

Automatisation d’une machine d’emballage

chapitre 2: Diagnostic des variateurs de vitesse

Introduction 

Dans Ce chapitre , on va présenter la définition et les avantages des variateurs de vitesse aussi leur principe de fonctionnement et les taches réalisés et les entretiens effectuer pendant la durée de stage .

Historique 

Pour démarrer les moteurs électriques et contrôler leur vitesse, les démarreurs rhéostatiques, les variateurs mécaniques et les groupes tournants (WardLeonard
particulier) ont été les premières solutions ; puis les démarreurs et variateurs électroniques se sont imposés dans l’industrie comme la solution moderne, économique, fiable et sans entretien.

Les avantages 

Economie d’énergie 

L’énergie est économisée car le moteur tourne avec une vitesse correspondant à son besoin momentané. Ceci est particulièrement valable pour les pompes et les ventilateurs. La consommation de courant est également moindre pour une vitesse plus faible et un couple plus élevé.

Optimisation des processus 

L’adaptation de la vitesse au processus de production apporte plusieurs avantages tels que production efficace et utilisation optimale des installations. La vitesse peut être adaptée de manière optimale à des conditions spéciales.

Fonctionnement souple du moteur 

Le nombre de démarrages et d’arrêts est réduit. On évite ainsi une sollicitation importante inutile des pièces mécaniques.

Frais d’entretien réduits :

Le convertisseur de fréquence ne nécessite aucun entretien.

Principe de fonctionnement de variateurs de vitesse 

Le but est de faire varier la vitesse du moteur tout en gardant le couple maximal disponible. Pour cela, une action sur la fréquence et la tension d’alimentation du moteur est nécessaire. Un variateur de vitesse fournit à partir du réseau alternatif à fréquence fixe f = 50Hz, une tension alternative triphasée de valeur efficace et de fréquence variable. Il se compose de deux modules :
– module de contrôle :
Le module de contrôle permet de commander toutes les fonctions du variateur grâce à un microprocesseur. Ce dernier exploite les réglages et les ordres de l’opérateur ou de l’automate, ainsi que les résultats de mesures telles que vitesse, courant, tension… Il gère également les rampes d’accélération ou de décélération, la limitation de courant, et surtout génère la commande du module de puissance.
Figure 6 : module de contrôle
-module de puissance :
Figure 7 : schéma de variateurs de vitesse
Le module de puissance est composé essentiellement :
a.Redresseur qui est connecté à une alimentation triphasée (le réseau), génère une tension continue à ondulation résiduelle (le signal n’est pas parfaitement continu). Le redresseur peut être de type commandé ou pas.
*soit d’un pont de diodes, le redresseur est « non-commandé »,
Figure 8 : pont redresseur
*soit d’un pont de thyristors, alors le redresseur est commandés.
Dans le redressement commandé d’une tension alternative, la diode est remplacée par le thyristor qui possède la particularité de pouvoir contrôler le moment ou il deviendra « passant » dans l’alternance positive. C’est la troisième électrode, appelée « gâchette », qui, lorsqu’elle est alimenté sur commande par la régulation du redresseur, devient conductrice. Tout comme la diode, le thyristor est « bloquant » durant l’alternance « négative ».
Figure 9 : pont redresseur commandé
b. un circuit intermédiaire agissant principalement sur le « lissage » de la tension de sortie du redresseur (améliore la composante continue). Ce type de circuit intermédiaire caractérise les variateurs à source de tension. Il est composé d’une bobine (ou self) de lissage « passe bas » (filtration des basses fréquences) et d’un condensateur « passe haut » (filtration des hautes fréquences) permettant de réduire l’ondulation résiduelle.
-Pour un redresseur commandé, le circuit intermédiaire transforme la tension de sortie à ondulation résiduelle du redresseur en tension continue d’amplitude variable.
-Pour un redresseur non-commandé, la tension à l’entrée de l’onduleur est une tension continue dont l’amplitude est constante.
Figure 10 : filtre
3.un onduleur qui engendre le signal de puissance à tension et/ou fréquence variables. L’onduleur fait le fonctionnement inverse de redresseur , il permet de délivré une tension alternative variable en fréquence à partir d’une tension constante
Figure 11 : ondulation

Fonction des variateurs de vitesse 

1. l’accélération contrôlée.
2. la décélération contrôlée.
3. la variation et la régulation de vitesse.
4. l’inversion du sens de marche.
5. le freinage d’arrêt.
Figure 12: courbe de fonctionnement

Comment se varie la vitesse des moteurs 

Pour un moteur à courant alternatif:
la vitesse mécanique du rotor est liée à la fréquence des courants au stator. Ce lien mathématique rend possible une commande de la vitesse du rotor par la commande de la fréquence du courant au stator.
Pour une machine synchrone, la condition de synchronisme est :
La vitesse de synchronisme :
n0 = (f x 60) /p
Avec,
• n0 = vitesse du champ tournant.
• f = la fréquence du réseau (en général 50 Hz).
• p = le nombre de paires de pôles.
Pour une machine asynchrone, la condition de synchronisme est :
Soit le glissement d’une machine asynchrone :
g = (ns – n) / ns
Avec,
• ns= vitesse du champ tournant.
• n = vitesse de rotation de l’arbre.
on peut écrire :
D’où la relation :
On peut agir sur :
-La fréquence
-Le nombres de paires de pôles
-Le glissement
Pour un Moteur à courant continu:
la vitesse de rotation du rotor n’est plus donnée par la fréquence de la tension en sortie du variateur mais par la force électromotrice de la machine. C’est le hacheur de sortie qui adapte la tension de sortie du variateur à la vitesse désirée.
Ona :
Force contre électromotrice (f.c.é.m) :
Un moteur en rotation présente une force contre-électromotrice,
La formule de la force contre-électromotrice est:
E = force contre électromotrice en volts p = nombre de paires de pôles
a = nombre de voies d’enroulements
Φ = flux inducteur en webers
N = nombre de conducteurs de l’induit n = vitesse de rotation en tours/s
et on sait que U= E +Ri
Avec K=p/a*N
Le résistance R est très faible donc elle peut être négligée :
Pour varier la vitesse :
*Si on alimente l’inducteur sous tension fixe le flux est constant, on voit que l’on peut régler la vitesse du moteur par action sur la tension d’alimentation de l’induit U. La vitesse est pratiquement proportionnelle à la tension d’induit U.
*Si on alimente l’induit sous tension fixe, il est possible de fonctionner en survitesse en diminuant le courant d’excitation, donc le flux.

Travaux réalisés sur les variateurs :

Pendant la période de stage j ai eu l’occasion de faire le diagnostique de plusieurs marque de variateurs de vitesse et aider l’équipe à les réparer dans l’atelier ou bien dans les usines en cas d’urgence .
Exemples :
1.variateurs de vitesse Omron / 3G 3mv :
Figure 13 : Variateur de vitesse OMRON
Les défauts remarqués :
• Carte d’alimentation et de commande:
 Condensateurs grillé
 Diodes (court-circuité)
 Fusible
 Transformateur (rarement)
 Microcontrôleur endommagé
Figure 14 : Carte de commande
• Carte de puissance :
 Pont de sortie
 Pont d’entrée
 IGBT, MOSFET (court-circuit)
Figure 15 : Carte de puissance

Installation et réparation variateur ABB ASC880 315kw ( cosumar casa) 

Principe de fonctionnement :

L’ACS880-37 est un variateur à faibles harmoniques monté en armoire et refroidi par air pour la commande des moteurs c.a. asynchrones, des moteurs à aimants permanents, des servomoteurs asynchrones et des moteurs synchrones à réluctance ABB (moteurs SynRM). Le variateur comprend plusieurs armoires pour les bornes réseau et moteur, 1 à 6 modules redresseurs à pont d’IGBT constituant l’unité redresseur (convertisseur réseau), 1 à 6 modules onduleurs constituant l’unité onduleur (convertisseur moteur), et les équipements optionnels. L’ensemble d’armoires exact peut varier selon le type de variateur et les options sélectionnées. Certains équipements optionnels exigeront des armoires supplé- mentaires.

Table des matières

Introduction général
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil
1. Présentation de l’entreprise
2. Structure de la société
3. Fiche technique
4. Domine de compétences
a. Electronique
b. Installations MT /BT
c. Automatismes
d. Les grands clients
Conclusion
Chapitre 2 : diagnostic des variateurs de vitesse
Introduction
1. Historique
2. Les avantages
a. Economie d’énergieEconomie d’énergie
b. Optimisation des processusOptimisation des processus
c. Fonctionnement souple du moteurFonctionnement souple du moteur
d. Frais d’entretien réduitsFrais d’entretien réduits
4.Principe de fonctionnement de variateurs de vitesse
5.Fonction des variateurs de vitesse
6.Comment se varie la vitesse des moteurs
7.Travaux réalisés sur les variateurs
 variateurs de vitesse Omron / 3G 3mv
 Carte d’alimentation et de commande
 Carte de puissance
 Installation cosumar casa
Conclusion
Chapitre 3:projet de réparation et automatisation d’une machine d’emballage
1. Introduction
2. Cahier de charges
a. Le sujet
b. Présentation de la machine
c. Pourquoi choisir FWL280
d. Caractéristiques standard de la machine
e. Problématique
f. Objectifs
g. Cahier de charge de programmationCahier de charge de programmation ….
3. Présentation des matériels utilisé
4. s7-200
A. Automate Programmable Industriels (API) seimens s7-200

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