SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N° 5 PAGE 1 / 6 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE CORRIGÉ

BARRIÈRE SYMPACT : MISE EN OEUVRE DU SYSTÈME ETANALYSE DU COMPORTEMENT

ANALYSE THÉORIQUE

CALCUL DE LA VITESSE DE ROTATION MAXIMALE DU MOTEUR

La caractéristique ci-dessous représente la position de la lisse en fonction du temps θlisse = f(t) àl'ouverture pour la durée d'ouverture la plus rapide imposée par le cahier des charges :

?? Déterminer graphiquement le temps minimum d'ouverture complète de la barrière :

La durée d'ouverture est complète lorsque la lisse atteint la position 90° : T = 0,65 s.

La vitesse angulaire de la lisse ΩΩL (en degré/s) s'obtient par le calcul de la dérivée de la position enfonction du temps : ΩL= θ' = ∆θ / ∆t = (θ2 - θ1) / (t2 - t1)

?? Calculer la vitesse angulaire de la lisse ΩΩL (en degré/s) :

∆θ = θ2 - θ1 = 60 - 20 = 40°, ∆t = t2 - t1 = 0,465 - 0,205 = 0,26 s, ΩΩL =40 / 0,26 =153,8 °/s ?? Calculer la vitesse de rotation de la lisse NL (en tr/min) :

NL = Ω = ΩL . 60 / 360 = 153,8 ° . 60 / 360 = 25,6 tr/min

?? Le rapport de réduction angulaire Rθθ du mécanisme bielle manivelle R θ = ∆θ31 / ∆θ21 vaut0,42. Calculer la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du motoréducteur Nr (en tr/min) :

Nr = = NL / / Rθ θ = 25,6 / 0,42 = 61,5 tr/min

?? Le rapport de réduction du réducteur est : Nr / Nm = 1 / 20. Calculer la vitesse de rotation dumoteur Nm (en tr/min) permettant d'obtenir la vitesse d'ouverture la plus rapide :

Nm = Nr . 20 = 61,5 . 20 = 1221 tr/min

lisse (°)

t (s)

θ

0

100

0 0,50,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,7

θ2θ2

θ1θ1

t1 t2

ANALYSE EXPÉRIMENTALE

MISE EN OEUVRE DE LA BARRIÈRE

MISE EN SITUATION DU PRODUIT

Cette première partie de l’activité est consacrée à la découverte du système et à sa prise en main.La barrière SYMPACT est un modèle de barrière conçu et diffusé par la société ERO spécialisée dans

le contrôle d’accès. Cette société installe des barrières dans de nombreux sites privés, publics oucommerciaux avec des contraintes chaque fois différentes. La barrière SYMPACT offre la particularité depouvoir recevoir différentes configurations qui lui permettent de s’adapter à différents contextes d’utilisation.

Pour découvrir ces contextes d’utilisation, il vous est proposé de visionner quelques séquences videodans l’environnement multimédia proposé en ressource (Menu : Démarrer / Programmes / Barrière Sympact).

88 A partir du bureau de l’environnement multimédia, sélectionner le menu "LE CONTEXTE".Visionner successivement les rubriques :

- Utilisation parc privé,- Utilisation autoroutière (péage et télépéage).

?? A partir de vos observations, compléter les trois premières lignes du tableau :

88 A partir du bureau de l’environnement multimédia, sélectionner le menu "LE PRODUIT".Visionner la rubrique : Reversible / Irréversible.

?? Expliquer les notions de réversibilité et d’irréversibilité dans le cadre du fonctionnement de labarrière :

Réversible : la barrière peut être entraînée à la main.

Irréversible : la barrière est bloquée dans les positions ouverte et fermée. Seul lemoteur peut l'entraîner.

IDENTIFICATION DE LA CONFIGURATION INSTALLÉE SUR LA BARRIÈRE

Mettre la barrière sous tension (interrupteur-sectionneur sur ON). Placer l'interrupteur autorisation decommande sur 1. Agir sur les boutons "Montée " et "Descente" et observer le fonctionnement.

Mode de fonctionnement(Configuration)

Parc privé Péage autouroutier Télépéage

Vitesse du mouvement(lent / rapide) lent rapide rapide

Fermeture (complète / partielle) complète complète partielle

Comportementhors énergie fermée ouverte ouverte

Barrièreréversible / irréversible irréversible réversible réversible

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N°5 page 2 / 6

?? La barrière étant en cours d’évolution, provoquer une coupure d’énergie(interrupteur-sectionneur sur OFF) et observer son comportement :

La barrière s'ouvre.

?? La barrière étant hors énergie, agir sur la lisse manuellement (sans forcer) pour vérifier le modede fonctionnement (réversible ou irréversible) :

La barrière est montée réversible.

?? A partir de vos observations, indiquer la configuration à laquelle s'apparente le plus celleinstallée :

La configuration la plus proche est la configuration autoroutière (réversible avecouverture et fermeture compléte). La vitesse d'évolution est normalement plus rapide.

VARIATION DE VITESSE

La barrière SYMPACT dispose d’un système de commande comportant un variateur de vitesseparamétrable de type Schneider ATV-28. Ce variateur qui assure la distribution d’énergie vers le moteur peutêtre configuré en fonction du mode d’utilisation souhaité de la barrière et de son lieu d’installation.

IDENTIFICATION DES PARAMÈTRES LIÉS À LA VARIATION DE VITESSE

Réaliser le raccordement du variateur au micro-ordinateur comme indiqué :

Configuration de type "Parc privé"

88 A partir du bureau de l’environnement multimédia, sélectionner le menu "LE PILOTAGEBARRIERE". Procéder à la connexion du PC avec le variateur de vitesse de la barrière en agissant sur lebouton "Connexion" (choix du port série : COM1).

Procéder au chargement de la configuration "Parc privé" :- Sélectionner l’icône "Paramètre pilotage Sympact" : - Sélectionner l’icône "Charger une configuration" : - Sélectionner la configuration "Parc privé".

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N°5 page 3 / 6

Agir successivement sur les boutons de montée et de descente et observer le fonctionnement de labarrière. A partir de vos observations, compléter le tableau ci-dessous et relever les valeurs des paramètresvariateur du pilotage pour la configuration "Parc privé".

?? Identifier le paramètre qui permet de moduler la vitesse d’ouverture et indiquer sa plage deréglage :

Fréquence d'ouverture réglable de 0 à 40 Hz.

?? Identifier le paramètre qui permet de moduler la vitesse de fermeture et indiquer sa plage deréglage :

Fréquence de fermeture réglable de 0 à 40 Hz.

?? Identifier le paramètre qui permet de moduler l’accélération et indiquer sa plage de réglage :

Fréquence d'accélération réglable de 5 à 500 Hz.

?? Identifier le paramètre qui permet de moduler la la décélération et indiquer sa plage de réglage :

Fréquence de décélération réglable de 5 à 100 Hz.

MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION DU MOTEUR ASYNCHRONE

On veut déterminer la vitesse de rotation du moteur quand la barrière est commandée à la fermetureen fonction de la fréquence de pilotage. Pour obtenir une mesure correcte, il faut que le moteur ait atteint sonen régime permanent. C'est pourquoi on applique une fréquence de pilotage f constante avec les rampesd'accélération et de décélération les plus élevées.

(Configuration) Parc privé Télépéage

Vitesse d'ouverture (lente / rapide) lent rapide

Vitesse de fermeture (lente / rapide) lent rapide

Accélération (faible / forte) faible forte

Décélération (faible / forte) faible forte

Fréquence d'ouverture (Hz) 20 35

Fréquence de fermeture (Hz) 15 25

Maintien ouvert (Hz) 0 0

Maintien fermé (Hz) 5 5

Rampe d'accélération (Hz/s) 100 250

Rampe de décélération (Hz/s) 25 25

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N°5 page 4 / 6

88 Dans l’environnement multimédia, sélectionner le menu "LES MESURES". Configurer lesparamètres de pilotage :

- rampe d'accélération : 500 Hz/s- rampe de décélération : 100 Hz/s- fréquence de maintien : 5 Hz- fréquence de pilotage : 10 Hz

88 Sélectionner l'îcone "Acquisition mesures". Faire l'acquisition pour une durée de 4s (avec laposition de la masse variable à 170 mm). Sur la caractéristique θlisse= f(t), chercher au curseur le point leplus proche de la position 60° (θ1) et de la position 20° (θ2). Relever les valeurs de l'angle θ (θ1, θ2) et dutemps t (t1, t2) correspondants.

?? En utilisant la méthode donnée dans l'analyse théorique, calculer la vitesse angulaire de la lisseΩL et la vitesse de rotation du moteur Nm pour les différentes fréquences de pilotage :

Le moteur utilisé est un moteur asynchrone triphasé piloté par un variateur de vitesse qui gère aussi lesens de rotation. Chacune des trois phases est alimentée sous une tension alternative qui est décalée de 2π/3par rapport à la précédente. L'évolution des tensions génère un champ tournant à la fréquence desynchronisme Ns dans le stator :

Ns en tr/minf = fréquence d'alimentationp = nombre de paires de pôles (2 pour le moteur de la barrière)

Ce champ entraîne le rotor à une vitesse Nm légèrement inférieure, d'où le nom de moteurasynchrone. La différence Ns - Nm entre ces vitesses s'appelle le glissement. Le glissement relatif g estdonné par la relation :

?? Calculer la vitesse de synchronisme Ns et le glissement relatif g pour les différentes fréquencesde pilotage. Comparer la vitesse de rotation à la vitesse de synchronisme :

La vitesse de rotation mesurée est inférieure à la vitesse de synchronisme.

fréqunce de pilotage 10 Hz 20 Hz 30 Hz 40 Hz

Vitesse angulaire de la lisse (en °/s)ΩΩL = θ' = ∆θ / ∆t 30 66 101 142

Vitesse de rotation Nm du moteur (tr/min)Nm = 7,93 . ΩL

235 523 800 1126

Vitesse de synchronisme Ns (tr/min) Ns = f . 60 / p 300 600 900 1200

Glissement relatif gg = (Ns - Nm) / Ns (en %) 21,6 12,8 11 6,1

Nsf . 60

p=

g Ns - NmNs

=

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N°5 page 5 / 6

INFLUENCE DE LA LONGUEUR DE LA LISSE SUR LE FONCTIONNEMENT

Afin de faire varier artificiellement la longueur de la lisse, une masse mobile cylindrique peutcoulisser le long de la lisse de la barrière. Elle permet de simuler une lisse qui peut varier entre 2,5 et 3 m.

?? Pour les trois positions de la masse mobile définies dans le tableau et pour une fréquence depilotage de 10 Hz, déterminer la vitesse angulaire de la lisse lors de la montée de la barrière selon laméthode utilisée précédemment. Effectuer les autres calculs.

Relever dans chaque cas la valeur maximale du couple moteur pendant la phase d'ouverture.

?? Commenter et justifier l'évolution du glissement pour les différentes longueurs de la lisse :

Le glissement augmente avec la longueur de la lisse. Une longeur de lisse plus grandeimpose un couple résistant plus élevé.

Ainsi, le couple moteur est plus grand lui aussi.

SYNTHÈSE

Compléter le graphe fonctionnel de la chaîne d'énergie :- Nommer les constituants des fonctions DISTRIBUER et CONVERTIR.- Identifier et caractériser les grandeurs d'entrée et de sortie de la fonction DISTRIBUER.

Position de la masse mobile mini (2,5 m) milieu (2,75m) maxi (3 m)

Vitesse angulaire de la lisseΩΩL = θ' = ∆θ / ∆t (en °/s) 37,7 35,4 30,7

Vitesse de rotation Nm du moteurNm = 7,93 . ΩL (en tr/min) 299 280 244

Vitesse de synchronisme NsNs = f . 60 / p (en tr/min) 300 300 300

Glissement relatif gg = (Ns - Nm) / Ns (en %) 0,2 6,5 18,5

Couple moteur maximum (Nm) 2,4 2,7 3,1

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N°5 page 6 / 6

Variateur Motoreducteur

230 V monophasé 230 V triphasé50Hz fréquence variable