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Machines asynchrones pour bancs d’essai
MACHINE_ASYNCHRONE_P_02_08
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ROTRONICS ET LES BANCS D’ESSAI
Depuis près de 1 ans, Rotronics conçoit et fabrique des bancs moteurs pour l’industrie, la compétition et
l’enseignement technique. Ses compétences dans les domaines de l’électronique, de la mécanique et des
logiciels s’inscrivent dans une démarche de projet complète : de l’étude à la mise en service client en passant
par la fabrication.
Depuis sa création, l’entreprise a toujours utilisé l’innovation technique pour répondre aux attentes de ses clients
et propose aujourd’hui des solutions performantes et inédites dans de nombreux domaines.
En quelques années, Rotronics s’est forgé une expérience dans le domaine de l’intégration de machines électriques
asynchrones appliquées au banc moteur et au banc à rouleaux.
C’est aujourd’hui une capacité d’expertise particulière que Rotronics propose à ses clients afin de leur garantir
l’équipement le mieux adapté à leurs objectifs, dans le respect de leurs budgets.
En fonction des besoins et des contraintes, Rotronics saura sélectionner la machine et le pilotage les mieux
adaptés, et proposera des solutions innovantes dans la gestion des procédures d’essais.
Les machines électriques asynchrones
Les machines asynchrones permettent de réaliser des essais impossibles à réaliser avec un frein traditionnel à
courant de Foucault. Son principal atout est de pouvoir entraîner le moteur (ou le banc) auquel elle est couplée.
Ceci permet de simuler, moteur à chaud, les phases entraînées du moteur :
- simulation du fonctionnement du moteur dans une descente,
- simulation d’une phase de pied levé,
- fonctionnement à faible charge et haute vitesse.
La machine asynchrone ouvre également de nouvelles possibilités dans la caractérisation des moteurs et de
leurs composants :
- entraînement du moteur incomplet pour réaliser des tests d’endurance ou mesurer la puissance absorbée
par un sous-ensemble, comme la distribution par exemple,
- entraînement du moteur complet sans combustion pour mesurer et optimiser les pertes par frottement.
Sur un banc à rouleau, la machine asynchrone permettra d’entraîner les roues non motrices du véhicule et de
synchroniser chaque vitesse de chaque rouleau. Si chaque rouleau est équipé d’une machine asynchrone, on
pourra alors provoquer des différences de vitesse entre chaque roue afin de simuler des comportements routiers
ou des glissements.
Un autre avantage des machines asynchrone est leur grande dynamique et leur faible temps de réponse à
l’établissement d’un changement de couple (d’entraînement ou de freinage). La faible inertie de certains modèles
permet d’envisager des accélérations qui peuvent atteindre 10.000 tr/min/s.
Ces machines, pouvant entraîner et freiner, permettent de réaliser une loi de route complète et, associée à
un superviseur, de dérouler des séquences telles que des cycles normalisés de pollution, ou la reproduction
fidèle d’un fonctionnement routier à partir de données issues du véhicule en action (acquisition de données
embarquée).
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Les différents éléments composant la solution globale
La machine de charge :
C’est une machine électrique tournante fonctionnant sur le
même principe qu’un moteur asynchrone, mais adaptée aux
bancs d’essai. La gamme commence à quelques kW jusqu’à
plusieurs centaines de kW avec des vitesses de rotation
pouvant atteindre 10.000 tr/min. La machine asynchrone
peut être couplée à un frein à courant de Foucault lorsqu’on
a besoin d’une grande puissance en freinage mais d’une
puissance d’entraînement plus modeste. Dans ce cas,
l’ensemble porte le nom de « machine tandem ».
Les machines se déclinent globalement en trois familles :
- Les machines à faible inertie, dans le cas où la vitesse
de rotation ou la capacité d’accélération est importante.
- Les machines à fort couple, pour des applications liées
au moteur diesel ou aux bancs à rouleaux
- Les machines de fortes puissances pour les gros
moteurs diesel.
L’électronique de pilotage :
Elle réalise le pilotage de la machine asynchrone, la gestion
du flux d’énergie électrique nécessaire à son fonctionnement,
mais aussi la synchronisation avec le frein à courant de Foucault
dans le cas d’une machine tandem. Elle est construite par un
spécialiste reconnu du pilotage de machine asynchrone. La
partie intelligente étant adaptée à l’utilisation banc d’essai
moteur par Rotronics.
Cette unité électronique gère l’énergie électrique que la
machine absorbe lorsqu’elle entraîne le moteur thermique ou
qu’elle doit évacuer lorsqu’elle fonctionne en mode frein.
La mesure du couple :
Elle se fait généralement grâce à un couple-mètre en ligne,
de façon à obtenir une mesure de couple avec une grande
dynamique et précision.
Cependant, si la machine le permet (montage en balancier),
une mesure de couple utilisant un capteur de force en « Z »
classique peut être réalisée.
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La dissipation d’énergie :
A la différence des bancs d’essais classiques équipés de freins où l’énergie produite par le moteur
thermique est dissipée grâce à un circuit d’eau de refroidissement, les machines synchrones génèrent
de l’électricité qu’il faut évacuer. Pour cela Rotronics propose plusieurs solutions :
- La première consiste à restituer cette électricité sur le réseau électrique. Cette solution permet
de récupérer l’énergie, mais impose un investissement initial important et le retour sur investissement
peut s’avérer plus difficile, particulièrement dans le cas des entreprises de taille moyenne.
- L’autre solution consiste à dissiper l’énergie électrique par effet Joule dans des batteries
de résistance électrique. Cette solution moins noble nécessite un investissement initial moindre
et est beaucoup plus facile à mettre en œuvre, surtout administrativement vis à vis du fournisseur
d’électricité.
Le pilotage et la gestion Kronos :
La machine asynchrone
communique entièrement sous
forme numérique avec le logiciel
KRONOS grâce à une interface
Profibus rapide. Le module
Séquenceur de KRONOS
permet d’exécuter des cycles
normalisés ou spécifiques
ainsi que de simuler une loi de
route.
Schémas de principe des différentes solutions proposées pour les
bancs moteur :
Banc d’essai moteur avec dissipation de l’énergie dans des résistances de décharge :
Armoire de puissance
Mesure couple Sens de l’énergie en mode frein
Mesure vitesse Sens de l’énergie en mode entrainement
Profibus
Unité de pilotage de la machine
Pilotage des modules de puissance
Bus continu
Logiciel
Kronos
Unité
Onduleur Hacheur d’alimentation
Batterie de
résistance de
décharge
Réseau
électrique
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Banc d’essai moteur avec machine asynchrone en tandem avec un frein à courant de Foucault, avec
dissipation de l’énergie de la machine asynchrone dans des resistances de décharge :
Armoire de puissance
Mesure couple Sens de l’énergie en mode frein
Mesure vitesse Sens de l’énergie en mode entrainement
Profibus
Unité de pilotage de la machine
Pilotage des modules de puissance
Bus continu
Logiciel
Kronos
Unité
Onduleur Hacheur d’alimentation
Batterie de
résistance de
Pilotage du frein décharge
Alimentation Réseau
du frein électrique
Banc d’essai moteur avec régénération de l’énergie sur le réseau électrique :
Armoire de puissance
Mesure couple Sens de l’énergie en mode frein
Mesure vitesse Sens de l’énergie en mode entrainement
Profibus
Unité de pilotage de la machine
Pilotage des modules de puissance
Bus continu
Logiciel
Kronos
Unité
Onduleur d’alimentation
Réseau
électrique
Filtre et transformateur
adaptés à la régénération
Banc d’essai moteur avec machine asynchrone en tandem avec un frein à courant de Foucault, avec
régénération de l’énergie sur le réseau électrique :
Armoire de puissance
Mesure couple Sens de l’énergie en mode frein
Mesure vitesse Sens de l’énergie en mode entrainement
Profibus
Unité de pilotage de la machine
Pilotage des modules de puissance
Bus continu
Logiciel
Kronos
Unité
Onduleur d’alimentation
Réseau
électrique
Pilotage du frein
Alimentation
Filtre et transformateur
du frein adaptés à la régénération
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Les applications :
Les projets industriels : pour un monde plus propre…
La plupart des projets industriels sont liés
à l’antipollution des moteurs car les phases
d’entrainement sont incontournables pour ce type
d’application. La machine asynchrone est aussi bien
utilisée dans le cadre de bancs à rouleaux que de
bancs moteur.
D’autres applications comme les bancs d’organe et
de boîte à vitesses, utilisent aussi cette technologie.
Des projets particuliers rendent également l’utilisation
des machines asynchrones incontournable. Le
développement du moteur hybride en est un car
seule la machine asynchrone est capable d’entraîner
le système hybride afin d’optimiser les phases de
récupération d’énergie.
Le Motorsport : la simulation au plus près du réel
Encore peu présente dans le motorsport les machines
asynchrones permettent pourtant, grace à leur
capacité d’entraînement, de pouvoir simuler un tour
de circuit sur 100% des phases. Elle permettent aussi
d’affiner la mise au point des stratégies de gestion
moteur, surtout sur les faibles charges. Par exemple,
la définition de la gestion moteur sur un filet de gaz
peut entièrement se faire au banc d’essai, alors que
sans ce type de machine, ce travail doit être réalisé sur
circuit. L’arrivée des moteurs diesel dans beaucoup
de catégories, justifie également l’utilisation de ce
type de machine. Enfin, les machines asynchrones
permettent d’entraîner un moteur sans combustion afin
de mesurer (et d’optimiser) les pertes par frottements
des différents organes, sachant que l’optimisation
des frottements est une étape incontournable de la
préparation d’un moteur de compétition.
ROTRONICS http://www.rotronics.com
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