Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie Exercices Entraînements électr

Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie Exercices Entraînements électriques Alberto Colotti | Felix Jenni 1. Principes de base 3 1.1 Energie primaire 3 1.2 Consommation d’énergie d’un entraînement 3 1.3 Energie grise d’une machine asynchrone 3 1.4 Courant et tension sur des éléments réactifs 3 1.5 Valeurs moyenne et efficace 3 1.6 Puissances 4 1.7 Mouvement linéaire 4 1.8 Mouvement rotatif 4 1.9 Moment d’inertie 4 2. Applications d’entraînements électriques 5 2.1 Efficacité d’une chaine de transmission 5 2.2 Caractéristique statique de charge 5 2.3 Processus d‘accélération 6 2.4 Système de levage (Convoyeur) 6 3. Machines électriques 7 3.1 Loi de l’induction 7 3.2 Machine à courant continu 7 3.3 Calcul transformateur 8 3.4 Machine asynchrone à rotor en court-circuit 8 3.5 Identification d’une pompe 9 3.6 ASM avec alimentation U/f 9 3.7 Machine synchrone sur le réseau 9 3.8 Machine synchrone à aimants permanents (PSM) 10 4. Electronique de puissance 11 4.1 Redresseur à diodes 11 4.2 Pertes dans un pont à diodes 11 4.3 Pont à Thyristor 11 4.4 Convertisseur de tension monophasé avec charge résistive 11 4.5 Hacheur abaisseur et pont monophasé (Pont en H) 11 4.6 Pont triphasé 12 4.7 Pertes dans un pont triphasé 12 5. Entraînements électriques 13 5.1 Processus d’accélération 13 5.2 Étoile-triangle 13 5.3 ASM en couplage étoile 14 5.4 Alimentation au réseau 14 5.5 Alimentation U/f d’une ASM 14 5.6 Alimentation U/f d’une SM 14 5.7 Affaiblissement du champ pour une PSM 15 6. Dimensionnement et mise en œuvre 16 6.1 Services types et échauffement 16 6.2 Broche d’entraînement 16 6.3 Dimensionnement d’une transmission 17 6.4 Protection d’un entraînement avec fusible coupe-circuit 17 6.5 Protection d’un entraînement par déclenchement thermique ou magnétique 17 Contenu Entraînements électriques Promouvoir l’efficacité Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie Alberto Colotti | Felix Jenni Entraînements électriques – Promouvoir l’efficacité. Faktor Verlag, 2021, 192 Pages. Auteurs: Alberto Colotti, Felix Jenni. Acquisition: En téléchargement (sans frais) sous energieschweiz.ch Cahier d’exercices Version Mars 2021 Corrigés 1. Principes de base 19 1.1 Energie primaire 19 1.2 Consommation d’énergie d’un entraînement 19 1.3 Energie grise d’une machine asynchrone 19 1.4 Courant et tensions sur des éléments réactifs 19 1.5 Valeurs moyenne et efficace 20 1.6 Puissances 20 1.7 Mouvement linéaire 20 1.8 Mouvement rotatif 21 1.9 Moment d’inertie 21 2. Application d’entraînements électriques 22 2.1 Efficacité d’une chaîne de transmission 22 2.2 Caractéristique statique de charge 22 2.3 Processus d’accélération 23 2.4 Système de levage (Convoyeur) 24 3. Machines électriques 27 3.1 Loi de l’induction 27 3.2 Machine à courant continu 28 3.3 Calcul transformateur 30 3.4 Machine asynchrone à rotor en court-circuit 31 3.5 Identification d’une pompe 32 3.6 ASM avec une commande U/f 33 3.7 Machine synchrone sur le réseau 35 3.8 Machine synchrone à aimants permanents 36 4. Electronique de puissance 38 4.1 Redresseur à diodes 38 4.2 Pertes dans un pont à diodes 38 4.3 Pont à Thyristor 38 4.4 Convertisseur de tension monophasé avec charge résistive 39 4.5 Hacheur abaisseur et pont monophasé (Pont en H) 39 4.6 Pont triphasé autopiloté 40 4.7 Pertes dans un pont triphasé 40 5. Entraînements électriques 41 5.1 Processus d’accélération 41 5.2 Étoile-triangle 42 5.3 ASM en couplage étoile 42 5.4 Alimentation au réseau 43 5.5 Alimentation U/f d’une ASM 44 5.6 Alimentation U/f d’une SM 44 5.7 Affaiblissement du champ pour une PSM 46 6. Dimensionnement et mise en œuvre 47 6.1 Services type et échauffement 47 6.2 Broche d’entraînement 48 6.3 Dimensionnement d’une transmission 49 6.4 Protection d’un entraînement avec fusible coupe-circuit 50 6.5 Protection d’un entraînement par déclenchement thermique ou magnétique 50 3 Exercices Figure 1.1 : Courants en fonc- tion du temps (Exercice 1.4). t i 2 ms 1 ms t i 10 A 2 ms 1 ms i(t) i(t) 10 A –10 A 1. Principes de base 1.1 Energie primaire La consommation d’énergie primaire mondiale en Mtoe est connue. a. Convertir la consommation d’énergie primaire en Wh et J. 1.2 Consommation d’énergie d’un entraînement Les entraînements représentent, avec environ 50 %, le plus grand groupe de consom- mateurs d’énergie électrique. Rechercher pour la Suisse: a. La consommation totale des entraînements en kWh et en MJ. b. L’économie d’énergie, si 25 % de l’énergie utilisée pour les entraînements pouvait être économisée. c. Les économies pour un coût de l’énergie de 0.2 Fr./kWh. 1.3 Energie grise d’une machine asynchrone L’énergie grise d’une machine peut être calculée de diverses manières. Deux approches différentes peuvent être comparées. Soit une machine asynchrone avec les données catalogue suivantes : Poids 102 kg; Prix unitaire : 1800 Fr. Proportion estimée de métal : Fer 89 %, Cuivre 6 %, Aluminium 5 %. a. Quelle est l’énergie totale requise pour la fabrication d’une machine, si elle est déter- minée par l’énergie particulière de chaque matériau? b. Quels sont les coûts de l’énergie grise de la machine, si elle est produite en Allemagne? c. Comparer le résultat obtenu avec le prix de vente – Commentaire? 1.4 Courant et tension sur des éléments réactifs Le comportement des inductances et des capacités peut être vérifié à l’aide de la fi- gure 1.1. La forme du signal peut indifféremment être un courant ou une tension. a. Une inductance de 1 mH est parcourue par le courant représenté à la figure 1.1 à gauche. Quelle est la forme d’onde de la tension aux bornes de l’inductance? b. Le courant de la figure 1.1 à droite circule dans une capacité de 1 mF. Quelle est la tension aux bornes du condensateur. (uC (t = 0) = 0)? 1.5 Valeurs moyenne et efficace a. Quelle est la valeur moyenne du courant de la figure 1.1 à gauche? b. Quelles sont les valeurs moyenne et efficace du courant de la figure 1.1 à droite. 4 Entraînements électriques – Principes de base 1.6 Puissances Dans un système triphasé 400 V, le courant de 20 A est déphasé de 30 degrés par rapport à la tension de phase. a. Calculer la puissance apparente, active et réactive pour cette application. b. Calculer le nouveau courant pour une même puissance active, mais avec un déphasage nul. 1.7 Mouvement linéaire Une masse de 1 kg à l’arrêt est accélérée à l’aide d’une force de 10 N. a. Quels sont la vitesse et le chemin parcouru après 10 s. 1.8 Mouvement rotatif Une machine avec une inertie de 0,1 kgm2 fournit à partir de la vitesse nulle un couple de 5 Nm. a. Quelle vitesse et quel angle de rotation atteint-elle au bout de 5 s. 1.9 Moment d’inertie Un turbogénérateur avec un moment d’inertie de 15000 kgm2 est freiné avec un couple de −100 Nm. a. Combien de temps faut-il pour qu’il passe de 3000 rpm à 0 rpm? 5 Exercices 2.1 Efficacité d’une chaine de transmission Un système de transport doit amener 5 t de matériaux par minute à une hauteur de 5 m. Les composants de la chaîne ont les rendements énergétiques suivants : ] ] bande transport et système de déviation : 75 % ] ] transmission mécanique : 85 % ] ] moteur électrique : 88 % ] ] convertisseur : 94 % ] ] conducteurs etc. 98 % a. Quelle est la puissance utile pour cette application? b. Pour quelle puissance à l’arbre le moteur doit-il être choisi? c. Quelle est la puissance fournie par le réseau? d. Quels sont les coûts des pertes de la machine électrique par année, si le prix de l’énergie est de 20 ct./kWh et si le taux d’utilisation de la machine est de 50 %? 2.2 Caractéristique statique de charge Un entraînement enrouleur doit embobiner une feuille de papier avec une force de traction et une vitesse constantes (figure 2.1). La force de traction est de 150 N pour une vitesse de 5 m/s. Le rouleau sur lequel la feuille est enroulée a un diamètre initial de 150 mm, et un diamètre de 500 mm une fois le processus terminé. a. Quels sont la vitesse de rotation et le couple au début et à la fin du processus? Dessi- ner la caractéristique statique de charge (n(M)) dans un diagramme à l’échelle. b. Quelle est la puissance au début et à la fin de l’enroulement? 2. Applications d’entraînements électriques Figure 2.1: Entraînement enrouleur avec diamètre d’enroulement variable (Exercice 2.2). n v,F 6 Entraînements électriques – Applications d’entraînements électriques 2.3 Processus d‘accélération Les caractéristiques statiques couple/vitesse d’un entraînement (M_M) et deux diffé- rentes charges (M_L1 und M_L2) sont représentées à la figure 2.2. a. Estimer, à l’aide du graphique, le temps nécessaire à l’accélération d’une inertie de 4 kgm2 jusqu’à proximité du point de fonctionnement. 2.4 Système de levage (Convoyeur) La bande de transport représentée à la figure 2.3, inclinée de 60°, doit transporter une masse de 50 kg à une hauteur de 10 m. Le système est assumé idéal sans perte. Le tapis roulant pèse 2 kg par mètre et a une longueur totale (aller-retour) de 25 m. Les rouleaux ont un diamètre de 250 mm et un moment d’inertie de 0.4 kgm2. Le moteur est uploads/Industriel/ 7714-uebungen-web-f.pdf

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Industrieltension courant puissance machine (triangle)
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