BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2009 ÉPREUVE E42
LE PONT DE COULÉE 65T DES FONDERIES DE
SAINT GOBAIN P.A.M [pic]
DOSSIER CORRECTION Barème général : 1. Partie A : Dimensionnement des moteurs de translation
/12pts
2. Partie B : Dimensionnement du variateur /17pts
3. Partie C : Contrôle des mouvements du pont de coulée
/11pts
4. Partie D : Maintenance à distance /8pts
5. Partie E : Amélioration de la disponibilité /9pts
6. Partie F : Conclusion /3pts Partie A : dimensionnement des moteurs de translation A.1 Identifier le service effectué par ces moteurs en vous reportant au
dossier ressource page 2.
Réponse : C'est un service intermittent à freinage électrique, service type S5.
A.2 Vérifier que les moteurs pressentis sont en mesure d'accélérer le pont
dans le temps imparti. Se reporter au dossier ressource pages 4 et 5.
Réponse : Associés à un variateur de vitesse, ces moteurs seront capables de fournir
leur couple maximum sur quasiment toute la gamme de fréquence de tension
délivrée par le variateur (0à 50Hz).
Dans notre cas le couple maximal du moteur pressenti est de l'ordre de
2,12*109 = 231 Nm.
Le couple maximal demandé par moteur pour démarrer le pont de coulée est de
150Nm, ces moteurs sont en mesure d'accélérer le pont de coulée dans le
temps imparti. A.3 Le pont roulant doit être capable d'effectuer sur 24H 1440 de ces
cycles et environ 720 marches impulsionnelles.
Déterminer sa classe de démarrage ainsi que son facteur de marche et
compléter les indications de service type qui devront être plaquées sur le
moteur. Se reporter au dossier ressource page 3.
Réponse :
En une heure les moteurs effectueront :
1440 / 24 = 70démarrages et 70 freinages électriques
720 / 24 = 30 marches impulsionnelles
La classe de démarrage sera donc : 70+3*70+0.5*30= 295.
Le facteur de marche sera de : 10/20 = 0.5 d'où 50%
Les indications de service plaquées sur le moteur : S5_300 c/h_50% A.4 Déterminer, pour chaque moteur, la puissance équivalente en service
intermittent pour ce cycle. Se reporter au dossier ressource page 3.
Réponse : [pic]
La puissance en régime établi est égale à 1989W < 0,5Pn.
A.5 Comparer la puissance nominale du moteur pressenti à la puissance
calculée en A3. Conclure sur l'échauffement effectif des moteurs de
translation.
Réponse : La puissance équivalente du service effectué par le moteur est inférieure à
sa puissance nominale. Thermiquement, le cycle est acceptable par les
moteurs de translation sans échauffement majeur.
A.6 Les moteurs initiaux étaient plaqués 225M. Qu'est-ce que cela implique,
en terme d'adaptation, de passer à des moteurs plaqués 160L ?
Réponse : On passe d'une hauteur d'axe de 225mm à une hauteur de 160mm.
Les adaptations sont d'ordre mécanique, dans la mesure où les hauteurs
d'axe, empattement, et diamètres d'arbre sont différents. Partie B : dimensionnement du variateur
B.1 détermination du calibre du variateur
B.1.1 En vous reportant au dossier ressource pages 6 et 7, proposer et
justifier la référence de variateur qui convient à cette application.
Réponse : Le courant nominal doit être supérieur ou égal à la somme des courants
nominaux des moteurs à commander : In variateur ? 2*23.3 = 46.6A.
Le variateur qui convient à cette application a pour référence : ATV 71
HD22N4.
Son courant nominal est de 48 A B.1.2 Proposer les références des éléments de protection et de commande en
amont du variateur (Disjoncteur Q0 et contacteur KM0). Le circuit de
commande est alimenté en 110V 50Hz. Se reporter au dossier ressource pages
9 à 10.
Réponse :
Référence du disjoncteur Q0: GV3 L 50 Référence du contacteur KM0 : LC1 D65 F5 ou F7 (circuit de commande en 110V
AC) B.1.3 Compléter le schéma du variateur en conséquence sur le document
réponse 2 page 3 du dossier réponses.
Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé. B.1.4 Proposer la référence du relais électronique de surcouple. Se
reporter au dossier ressource pages 9 à 10.
Réponse : Le relais qui convient pour cette application : LR 97 D38F7. B.1.5 Compléter les schémas de commande et de puissance en conséquence sur
les documents réponse 1 et 3 pages 2 et 4 du dossier réponse. Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé.
B.2 Dimensionnement de la résistance de freinage B2.1 En admettant un rendement de 0.865 constant pour le moteur, un
rendement de 0,98 pour l'ensemble onduleur + hacheur de freinage,
déterminer les puissances crêtes et moyennes que devra dissiper la
résistance de freinage.
Réponse : Puissance crête : 11700*2*0865*098 = 19836W
Puissance moyenne : 5600*2*0.865*0.98 = 9424W B.2.2 La résistance proposée avec le variateur est référencée VW3 A7 804.
La valeur minimale de la résistance que l'on peut connecter à l'unité de
freinage est de 13,3?.
Vérifier Que la résistance convient pour l'application,
Réponse :
Les puissances moyenne et crête de freinage imposées par le cycle de
fonctionnement du pont de coulée sont inférieures à la puissance permanente
que peut dissiper la résistance.
La résistance référencée VW3 A7 804 convient donc à cette application. B.2.3 Vérifier que l'unité de freinage est en mesure de commuter la
puissance crête de freinage imposée par le cycle de fonctionnement du pont
de coulée.
Réponse : L'unité de freinage quant à elle est capable de commuter une puissance
maximale de Pfr = 785²/13.3 = 46332.7 W.
La résistance VW3 A7 804 de 14? peut être connectée à l'unité de freinage,
dans la mesure où sa résistance convient (> 13.3?) et que la puissance
crête imposée par les cycles de freinage est inférieure à la puissance
maximale que peut commuter le hacheur de freinage. _____________________________ B3 Paramétrage du variateur
B.3.1 Le variateur de vitesse choisi propose plusieurs modes de contrôle
moteur, proposer les modes de contrôle qui permettent le pilotage simultané
des moteurs de translation. Se reporter au dossier ressource page 6.
Réponse : Deux modes de contrôle sont possibles : Le contrôle scalaire à U/F constant codé U/F 2pts Le contrôle vectoriel en boucle ouverte codé SVC U
B.3.2 On désire un contrôle optimal du couple (application du couple aux
plus basses fréquences) sur les moteurs afin d'éviter les éventuels effets
de patinage. Proposer le mode de contrôle le mieux adapté.
Réponse : Le contrôle vectoriel en boucle ouverte permettra les meilleurs résultats
en terme de contrôle du couple sans toute fois permettre l'obtention d'un
couple à l'arrêt, ce qui n'est pas primordial pour cette application.
Partie C : Contrôle des mouvements du pont de coulée.
C.1 Choix du combinateur de translation / direction.
C.1.1 En vous aidant du document ressource page 11 à 12, compléter le bon
de commande du combinateur page 5 du dossier réponses.
[pic] C.1.2 Compléter le schéma de câblage de l'entrée de consigne de vitesse du
variateur de translation avec la représentation du potentiomètre ci-
dessous. (Document réponse 2 Page 3 du dossier réponses). Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé.
C.2 Sécurité anti- collision.
Sur le même chemin de roulement évoluent deux ponts de coulée. Chacun
d'eux est équipé d'un télémètre.
On désire assurer une sécurité à deux niveaux : - Niveau 1 : la distance entre les ponts est comprise entre 8 et 4m,
la vitesse des moteurs de translation est limitée à 1/3 de la
vitesse maximale du pont soit 20m/mn.
- Niveau 2 : la distance entre les ponts est inférieure à 4 m, le
pont doit s'arrêter. Le pontier a à sa disposition un bouton poussoir permettant de shunter
l'information d'arrêt en provenance du télémètre pour pouvoir sortir en
petite vitesse de la zone de sécurité de niveau 2. C.2.1 Compléter les schémas de commande du variateur, sachant que celui-ci
a été configuré pour commuter de la consigne potentiométrique à une
consigne interne lorsque l'on applique sur l'entrée LI3 +24V. (Document
réponse 2 page 3 du dossier réponses) Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé. C2.2 Compléter le schéma de commande avec le contact du télémètre
permettant l'arrêt complet du pont lorsque le pont se situe en zone de
sécurité de niveau 2. (Document réponse 3 page 4 du dossier réponses) Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé. C2.3 Ajouter le bouton poussoir (S3T) permettant le dégagement du pont de
la zone de sécurité de niveau 2. (Document réponse 3 page 4 du dossier
réponses) Réponse :
Voir schémas en fin de corrigé. Partie D : maintenance à distance A terme le pont de coulée devrait être équipé de 4 variateurs vitesse.
Chaque ATV 71 peut être équipé d'une carte de communication permettant le
diagnostic, le paramétrage et la surveillance par le biais d'un serveur web
embarqué et accessible par navigateur internet depuis le réseau Ethernet de
l'usine.
L'architecture de communication proposée est la suivante : [pic] D.1 Proposer la référence de la carte de communication du variateur
permettant ce type d'échange de données.
Réponse :
2 Cartes de communication sont envisageables :
La carte VW3 A3 310 qui supporte le protocole Modbus TCP
La carte VW3 A3 316 qui supporte le protocole Ethernet TCP/IP
Ces deux cartes intègrent un serveur Web embarqué. D.2 En utilisant le document ress