Forums Remontées Mécaniques: Entraînements DC avec convertisseurs Ward Leonard - Forums Remontées Mécaniques

Aller au contenu

Page 1 sur 1
  • Vous ne pouvez pas commencer un sujet
  • Vous ne pouvez pas répondre à ce sujet

Entraînements DC avec convertisseurs Ward Leonard

#1 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

  • TPH de l'Aiguille du Midi
  • Voir la galerie
  • Groupe : Membres
  • Messages : 3 707
  • Inscrit(e) : 23-décembre 06

Posté 03 décembre 2009 - 12:46

Ceci est une réponse publque à une question posée par MP.


Il existe principalement deux systèmes de variation de vitesse pour moteurs à courant continu de remontées mécaniques:
- Avec convertisseur dynamique Ward Leonard (abrégé ci-après WL)
- Avec variateur de vitesse électronique à thyristors.

Les moteurs à courant continu de RM sont généralement à excitation séparée, ils peuvent être alimentés par des groupes Ward Leonard (WL) ou des variateurs de vitesse électroniques à thyristors, le cas échéant, il est possible de remplacer un ancien groupe WL par un variateur de vitesse électroniques mais généralement lors d'un retrofit électrique complet on remplace l'ensemble complet par un moteur à courant alternatif (généralement de type asynchrone) avec variateur de fréquence.

Le système à convertisseur dynamique Ward Leonard (WL) est le prédécesseur technologique du variateur de vitesse électronique avec régulateur à thyristors.
La quasi totalité des "anciens" grands TPH à va-et-vient, anciens grands funiculaires et quelques anciens TS et TC sont équipés de groupes WL. Le TPH150+1 Jumbo de Verbier (Suisse) était équipé d'un WL jusqu'à son remplacement très récent par un entraînement AC avec variateur de fréquence.

Le groupe WL comprend un convertisseur dynamique composé essentiellement d'un moteur électrique (généralement) asynchrone accouplé de façon permanente et directe à une génératrice à courant continu. Le groupe WL tourne à vitesse quasiment constante, en raison du glissement elle varie toutefois très légèrement en fonction de la charge. La régulation de vitesse du moteur d'entraînement de la RM est effectuée en agissant sur l'excitation de la génératrice courant continu du groupe WL. Il y a différents systèmes, souvent électroniques (p.ex. de Reliance Electric), mais je je les connais pas bien car dans les autres domaines de l'industrie on a quasiment partout supprimé les WL pour les remplacer par des régulateurs à thyristors ou remplacer le moteur DC par un moteur AC avec variateur de fréquence.
Au final, le WL n'est pas très pratique et a un rendement pas terrible par contre c'est l'idéal en cas de réseau peu performant et/ou de mauvaise qualité et côté perfurbations réseau c'est imbattable. Il faut également tenir compte du facteur de puissance (cos phi) qui peut nécessiter une installation compensation.

Le WL est une technologie définitivement dépassée et il devient difficile de trouver des pièces de rechange. Rebobiner coûte généralement plus cher que de mettre un régulateur à thyristors (en conservant le moteur DC).

Certains WL sont équipés d'un moteur de lancement (parfois appelé moteur "pony") pour démarrer le convertisseur. Pour des raisons de surcharge thermique, le nombre de démarrage par heure d'un WL est limité. Habituellement la commande n'arrête le WL qu'après un certain délai. La marche à vide du WL occassionne également de pertes inutiles alors qu'un variateur DC ou AC a une consommation au repos très faible (ventilation forcée si la température le requiert et circuits de commande). Comme les WL sont normalement auto-ventilés, les pertes dues à la ventilation sont identiques en charge ou à vide vu que le WL tourne à vitesse constante.

En Suisse il existe encore de très nombreuses anciennes RM avec WL, par contre lors des réhabilitations électrotechniques, l'ensemble WL avec moteur DC est pour ainsi dire toujours remplacé par un entraînement AC (moteur asychrone avec variateur de fréquence). Si le moteur DC est relativement récent (p.ex. moteur de remplacement) on peut toutefois envisager de remplacer un groupe WL existant par un variateur de vitesse à courant continu électronique mais généralement on remplace malgré tout l'entraînement DC complet par un entraînement AC, notamment pour des questions de maintenance.

Dans les pays avec une culture électrotechnique moderne, les nouvelles RM ne sont plus équipées de moteurs à courant continu depuis environ une décennie.
0

#2 L'utilisateur est hors-ligne   RManniviers 

  • TCD8 du Lys
  • Groupe : Membres
  • Messages : 620
  • Inscrit(e) : 07-décembre 07

Posté 03 décembre 2009 - 16:54

Je me posais effectivement la question cet été, à Chandolin on a envoyé en révision un Ward Léonard du TS Rotzé GMD de 86. Y parait que le prix de la révision était quand même moins élevé que celui d'un moteur CC neuf mais quelle est la différence de rendement?

Le WL en question

Image IPB
http://pistenbully300.skyblog.com
0

#3 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

  • TPH de l'Aiguille du Midi
  • Voir la galerie
  • Groupe : Membres
  • Messages : 3 707
  • Inscrit(e) : 23-décembre 06

Posté 03 décembre 2009 - 21:52

Je me demande si le moteur asynchrone de la photo est d'origine, en tout cas je pense qu'il a au moins été repeint, ce qui se fait lors de certaines révisions.

La révision d'un moteur asynchrone standard est normalement assez simple et se limite au remplacement des roulements. Le démontage peut même se faire sur place si l'on dispose des équipements de levage requis et de suffisamment de place. Les anciens roulements sont arrachés au moyen d'outils mécaniques et les nouveaux roulements sont mis en place à chaud (on utilise appareil de chauffage inductif portable). L'affaire se corse si l'encrassement est tel qu'il nécessite un passage en machine à laver... ou au Kärcher. Dans ce cas il faut alors sécher les pièces au four. En cas de dégâts au bobinage statorique on parle alors plutôt de réparation (rebobinage) que de révision, ce type de travaux est cher et uniquement rentable pour les gros moteurs ainsi que certains moteurs spéciaux difficiles à remplacer.

L'étendue et donc les coûts des travaux de révision d'un moteur courant continu varient selon l'étendue des travaux requis. Au meilleur des cas il n'y a rien à faire et au pire il faut refaire le collecteur (voire rebobiner en cas de dégâts). Là également il est recommandé de remplacer les roulements lors du démontage à moins que le moteur ne tourne que peu d'heures. Habituellement on désassemble le moteur en démontant les flasques avant et arrière et sortant le rotor. On peut alors nettoyer le rotor et le bâti statorique car la poussière de charbon s'y accumule au cours du temps. Selon l'état du collecteur celui-ci est tourné entre pointes au burin diamanté sur un tour de mécanicien et le cas échéant les isolations entre les lamelles sont fraisées. Après il est nécessaire de proprement ébavurer. Suite au remontage on rode le charbons et si nécessaire on ajuste la position de la couronne sur laquelle sont montés les porte-charbons pour optimiser la commutation. Le remplacement des charbons est une opération de routine faite sur place sans démontage aucun et qui ne fait pas forcément partie de la révision à proprement parler.

Le plus difficile est souvent le démontage de l'accouplement et du moteur de son support puis le réalignement lors du remontage ainsi que son transport jusque sur le camion. Une fois à l'atelier les opérations sont assez simples même si les pièces sont lourdes.

Pour en revenir au rendement, difficile de donner des chiffres. La ventilation forcée, si présente, peut consommer quelques [kW]. Côté moteur asynchrone, le rendement à pleine charge (vitesse et couple nominaux) est assez élevé, généralement supérieur à 90 voire 95 [%] selon la taille et le nombre de pôles. Pour la génératrice courant continu et le moteur courant continu le rendement est un peu moins élevé mais là encore on se base sur des données nominales, à faible charge le rendement est moins bon (le rendement maximal n'est toutefois pas forcémement au point nominal).

A vue de nez, donc sans faire de calcul précis, je dirais que le rendement à pleine charge d'un système Ward Leonard + Moteur courant continu est inférieur de quelques [%] à un moteur courant continu avec variateur à thyristors. Le variateur courant continu a un rendement très élevé, il est également compact et relativement économique par rapport à la puissance comparé à un variateur de fréquence, par contre il faut tenir compte des pertes dues aux selfs etc. et le cos phi dépend de la charge du moteur.
De par la double conversion du courant du réseau en courant continu puis en courant alternatif de fréquence variable, le variateur de fréquence a un redement en soi un peu moins élevé qu'un variateur courant continu mais il convient de faire une comparaison d'ensemble en tenant compte des filtres, du facteur de puissance à l'entrée et des perturbations réseau. Au final on peu admettre que l'entraînement courant continu avec variateur à thyristors et l'entraînement AC avec variateur de fréquence ont des rendements totaux souvent assez similaires en pratique; les solutions à WL sont moins optimales en raison de la triple conversion et surtout également en raison d'une part de pertes constante indépendante de la charge. Comme mentionné, les WL ne sont de surcroît pas coupés immédiatement lors de l'arrêt du moteur ce qui occasionne également une consommation d'énergie alors que les systèmes avec électronique de puissance ont eux une consommation à vide très faible.

Comme le coût de remplacement d'un entraînement DC par un entraînement AC n'est pas négligeable on conserve souvent un WL existant quitte à perdre un peu d'argent en énergie et pour les révisions. Côté administratif on peut malheureusement souvent plus facilement justifier des frais de maintenance que des investissements pour le remplacement d'équipements non défectueux.

La révision normale (nettoyage, remplacement des roulements, en plus pour un moteur DC: éventuellement révision du collecteur) d'un grand moteur est nettement moins coûteuse que son remplacement. Les coûts augmentent massivement en cas de réparation, surtout s'il faut rebobiner. Dans certains cas on doit recharger puis réaléser voire aléser et monter une douille si l'alésage du roulement n'est plus aux tolérance mais normalement doit pouvoir remplacer les roulements sans intervenir sur les pièces adjacentes.

Ce message a été modifié par Velro - 03 décembre 2009 - 22:08 .

0

#4 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

  • TPH de l'Aiguille du Midi
  • Voir la galerie
  • Groupe : Membres
  • Messages : 3 707
  • Inscrit(e) : 23-décembre 06

Posté 01 avril 2010 - 10:57

Quelques détails concernant les anciens systèmes d'excitation de convertisseurs Ward Leonard chez Alpinforum (en allemand mais il y a des schémas de principes):
http://www.alpinforum.com/forum/viewtopic....=39&t=34886

Les systèmes d'excitation genre Waleotron & Co. de Reliance Electric je ne connais pas bien, contrairement à des variateurs AC et DC je n'en ai jamais mis en service (mais dans d'autres domaines que les RM).
0

#5 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

  • TPH de l'Aiguille du Midi
  • Voir la galerie
  • Groupe : Membres
  • Messages : 3 707
  • Inscrit(e) : 23-décembre 06

Posté 02 avril 2010 - 10:15

Pour ceux que cela intéresse, ATV a posté des photos de convertisseurs Ward Leonard sur Alpinforum, voir le lien posté dans le message ci-dessus.

Dans le sujet en allemand on trouve également diverses informations techniques, d'ailleurs chez Alpinforum on trouve pas mal d'informations détaillées sur les équipements électriques de RM, détails que l'on ne parvient hélas que rarement à discuter ici (en partie à cause du culte des secrets.de polichinelle).
0

Page 1 sur 1
  • Vous ne pouvez pas commencer un sujet
  • Vous ne pouvez pas répondre à ce sujet

1 utilisateur(s) en train de lire ce sujet
0 membre(s), 1 invité(s), 0 utilisateur(s) anonyme(s)