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Variation mécanique ou électrique ?

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Généralités mécaniques et introduction

Force, couple, travail, puissance

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Force en Newton
La force s'exprime pour une translation.
Exemple : pour soulever une masse.
Une masse offre un poids qui est lié à l'accélération de la pesanteur et son unité est le Newton : N.

Sur terre, la pesanteur est de 9.807 N/kg ≃ 1 daN/kg.
Ainsi, la force nécessaire pour soulever cette masse de 1 kg est ≃ 10 N ou 1 daN.
Pour offrir un autre exemple, sur la lune, la pesanteur étant ≃ 6 fois moindre, 1.6 N aurait donc suffit !
Couple en N.m
La force s'exprime pour une translation, le couple pour une rotation.
Le moteur dispose d'un couple lié au diamètre de son axe entraînant.
Le couple (m.N) est le produit du rayon en mètre par la force en Newton.
Ex ici : Couple = F x rayon
Donc ici = 9.81 N ≃ 0.15 m ≃ 1.47 m.N

Travail en Joule
Le travail W est le produit de la force ou du couple exercé sur une distance donnée.
Le temps de réalisation n'intervient pas.
Que l'on soulève un poids de 50 N sur 10 m en 1 ou 3 s (seconde) ne change pas le travail accompli, il s'agît du même in finé !
Mais la puissance mise en jeu sera différente, vous l'aurez anticipée :
D'un rapport de 3 !
Puissance (Watt) = Force (Newton) × vitesse (mètre/seconde)
P = Travail W (Joule) / temps (s)
P = F × v ; P = W / t
P = C × ω
Puissance W = Couple (N.m) × vitesse angulaire (rad/s)




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Les 4 quadrants

Abscisses : ←vitesse→ | Ordonnées : ↑couple↓
Quadrant : générateur Quadrant : moteur
Générateur en sens 2 : Le moteur subit une force et se comporte en générateur Moteur en sens 1 : Le moteur convertit la puissance électrique en effort mécanique
Quadrant : moteur Quadrant : générateur
Moteur en sens 2 : Le moteur convertit la puissance électrique en effort mécanique Générateur en sens 1 : Le moteur subit une force et se comporte en générateur

La puissance électrique fournie en mode générateur engendre une surtension qu'il convient de gérer comme la décélération dans le cas d'un variateur de vitesse.




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Courbes de démarrage

Rampes de démarrage sur variateur
L comme linéaire, le plus classique pour les couples proportionnels
U, couple maximal au démarrage, pour les couples constants.
C de centrifuge, pour le couple centrifuge (ventilations...) !
Enfin S pour souplesse : une version améliorée du linéaire pour assouplir les à-coups au démarrage et lorsque la vitesse nominale sera atteinte.

S'il est possible d'utiliser une courbe L, S voire U pour démarrer un process centrifuge (bien que pas optimisé) ; l'utilisation, par exemple, d'une courbe C pour un couple constant risque fort d'échouer...




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Le variateur convertisseur de fréquence

Avantages
  • Vitesse variable
  • Accélération et ralentissement réglables
  • Inversion de sens très aisée
  • A-coups mécaniques maîtrisés (longévité mécanique)
  • Surintensité de démarrage contrôlée
  • Protections moteurs programmables
  • Gestion du freinage : récupération d'énergie possible
  • Couple de démarrage plus élevé (vectoriel)
  • Retour d'information (intensité, vitesse...)
  • Possibilité de dépasser la vitesse nominale (f > 50 Hz)
  • Compensation du glissement (asynchrone)
  • Economies d'énergie (process à vitesse variable)
  • Maître/esclave possible (tapis entraîné par 2 moteurs)
  • Variation de vitesse sans à coup, sans maintenance
  • Moins de pertes dans la variation que si mécanique
  • Plus de redressement du cosinus φLe fameux cosinus phi ! Avec un variateur : il s'occupe de tout, il n'y a plus à compenser les VAR car il n'y en a (quasiment) plus ! à gérer !
  • Protection courbe CL'appel d'intensité au démarrage est géré par le variateur, de par les lois U/f et même vectorielle, on obtient plus de couple avec moins d'énergie !
    Une courbe C, voire B est suffisante !
    classique !
Inconvénients
  • Surcoût à l'achat
  • Perturbations électromagnétiques (CEM)
  • Refroidissement moteur en mode vectoriel
  • Refroidissement du variateur




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Comparatif variation mécanique versus électronique

Comparatif variation mécanique et électronique de vitesse
Le réducteur mécanique conserve l'avantage d'augmenter le couple proportionnellement à la réduction de vitesse !




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Cochez en vert les exactitudes...


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Crée le 28 / 04 / 2017, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 4982 fois
Difficulté : ★★★★☆
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