Rapport Stage Otis [PDF]

Zitiervorschau

ISTA EL MASSIRAEL JADIDA Département : TECHNIQUE Filière

: FABRICATION ELECTRONIQUE

RAPPORT DE STAGE Réalisé au sein d’OTIS Maroc

THÈME :

Etude en vue de l’installation d’un ascenseur panoramique

Année Universitaire 2018-2019

OTIS Maroc – ISTA (Promotion 2018/2019)

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Résumé

Le présent travail, au sein de la société « OTIS Maroc », spécialiste en installation, réparation et entretien des ascenseurs, monte-charge et escalators, a pour objectif de consolider les acquis théorique de la formation de technicien en fabrication électronique en d’étudiant les différents composants d’un ascenseur en vue de la réalisation et de l’installation d’un produit conforme aux exigences clients et aux normes de qualité et sécurité en vigueurs.

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Liste des abréviations B.A.S

Behavior ending speed (Aspect phase arrêt).

B.S.E

Behavior speed elevator (Aspect course normale).

C.N.M

Charge nominal moteur.

C.N.C

Charge nominal cabine.

KS

Contact à aimant d’arrivée à l’étage.

KSE

Contact à aimant de fin de course.

M.R.L

Machine room less (Sans local machinerie).

P.L.P

Passage libre des portes paliers.

V.F

Variateur de fréquence.

W.M.R

With machin room (Avec local machinerie).

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Table des figures

Figure 2 : Monte-charge ........................................................................................................... 13 Figure 1 : Ascenseur ................................................................................................................. 13 Figure 3 : Clients d’OTIS ......................................................................................................... 14 Figure 5 : Organigramme du service installation et rénovation ............................................... 15 Figure 6 : Bête à corne du projet .............................................................................................. 16 Figure 7 : Diagramme Pieuvre du projet .................................................................................. 18 Figure 8 : FAST de description de la fonction principale ........................................................ 18 Figure 11 : Phases de monté et descente des pistons ............................................................... 22 Figure 12 : Description d’un ascenseur hydraulique ................................................................ 23 Figure 13 : Description d’un ascenseur à treuil ........................................................................ 26 Figure 14 : Description de l’ascenseur à traction à câbles sans locale machinerie (MRL) ...... 28 Figure 15 : Ascenseur hydraulique avec salle des machines.................................................... 29 Figure 16 : Niveau de toiture du bâtiment................................................................................ 30 Figure 17 : Ascenseur a traction WMR .................................................................................... 31 Figure 18 : Ascenseur à traction MRL ..................................................................................... 31 Figure 19 : Logiciel EZ assist .................................................................................................. 32 Figure 20 : Prototype de la solution choisie ............................................................................. 34 Figure 21 : Câble des ascenseurs .............................................................................................. 35 Figure 22 : Bilan économique Pour un Ascenseur à traction à câbles WRL ........................... 36 Figure 23 : Bilan économique Pour un Ascenseur à traction à câbles MRL............................ 36 Figure 24 : Lexique ascenseur à traction à câbles sans local machine ..................................... 37 Figure 25 : Suspension de Cabine ............................................................................................ 38 OTIS Maroc – ISTA (Promotion 2018/2019)

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Figure 26 : Cuvette d’ascenseur ............................................................................................... 39 Figure 27 : Treuil d’ascenseur .................................................................................................. 39 Figure 28 : Limiteur de vitesse ................................................................................................. 40 Figure 29 : Schéma de la cabine de l’ascenseur ....................................................................... 44 Figure 30 : Schéma de la gaine de l’ascenseur ......................................................................... 44 Figure 31 : Graphe comparatif des différents rendements globaux en fonction du type de motorisation .............................................................................................................................. 46 Figure 32 : Commande par variateur de fréquence .................................................................. 47 Figure 33 : Sens de rotation du moteur .................................................................................... 49 Figure 34 : Stator du moteur .................................................................................................... 50 Figure 36 : Le rotor du moteur ................................................................................................. 51 Figure 40 : EC Certificat .......................................................................................................... 51 Figure 41 : Référence et caractéristiques du moteur ................................................................ 52 Figure 42 : Moteur choisi ......................................................................................................... 53 Figure 43 : Moteur à traction direct Gearless ........................................................................... 54 Figure 89 : Structure générale d’un variateur de vitesse électronique ..................................... 55 Figure 90 : Schéma électrique de la partie puissance ............................................................... 56 Figure 91 : Le schéma de commande du variateur VF20BR NXS Smart MRL ...................... 57 Figure 92 : Schéma simplifie de circuit de commande et de puissance du variateur ............... 58

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Liste des tableaux

Tableau 2 : Valeurs de l’entreprise « OTIS »........................................................................... 12 Tableau 3 : Verbalisation du besoin du projet.......................................................................... 16 Tableau 4 : Ordres de grandeur pour le dimensionnement des ascenseurs .............................. 41 Tableau 5 : Limite supérieur et limite inférieur de l’espace utile de la cabine d’ascenseur .... 42 Tableau 6 : Dimensionnement de la cabine suivant le nombre de passagers ........................... 43 Tableau 9 : Caractéristiques du moteur choisi ......................................................................... 53

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Table des matières

Table des matières Chapitre 1 ................................................................................................................................. 10 Cadre général du projet .......................................................................................................... 10 1

2

Organisme d’accueil ......................................................................................................... 11 1.1

Présentation général d’OTIS Maroc ......................................................................... 11

1.2

Visions et valeurs de la société ................................................................................ 12

1.3

Produits commercialisés par OTIS ........................................................................... 13

1.4

Clients et référence ................................................................................................... 14

1.5

Organisation du service installation et rénovation ................................................... 14

Périmètre du projet ........................................................................................................... 15 2.1

Situation actuelle et problématique .......................................................................... 15

2.2

Analyse des besoins du projet .................................................................................. 15

2.2.1

Verbalisation du besoin .................................................................................... 15

2.2.2

Analyse de l’environnement............................................................................. 17

2.2.3

Diagramme de FAST ....................................................................................... 18

2.2.4

Objectif du projet ............................................................................................. 19

Chapitre 2 ................................................................................................................................ 20 Etude et choix de la solution ................................................................................................. 20 1

Introduction ...................................................................................................................... 21

2

Généralités sur les différents types d’ascenseurs et leurs Caractéristiques ...................... 21 2.1

Les différents types d’ascenseur............................................................................... 21

2.2

Les catégories d’ascenseur. ...................................................................................... 22

2.2.1

Les ascenseurs hydrauliques : .......................................................................... 22

2.2.2

Les ascenseurs à traction à câbles : .................................................................. 25

2.2.3

Conclusion :...................................................................................................... 28

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Table des matières 3

4

5

Choix du type d’ascenseur ............................................................................................... 28 3.1.1

Contraintes du projet : ...................................................................................... 28

3.1.2

Critères de choix : ............................................................................................ 29

Dimensionnement de l’ascenseur : ................................................................................... 41 4.1

Introduction : ............................................................................................................ 41

4.2

Dimensionnement de la cabine : .............................................................................. 42

Choix de la motorisation : ................................................................................................ 45 5.1

Critères du choix de la motorisation : ...................................................................... 45

5.1.1

Rendement global de la motorisation : ............................................................. 45

5.1.2

Performance énergétique .................................................................................. 46

5.1.3

Encombrement ................................................................................................. 47

5.2

Choix du type de moteur : ........................................................................................ 48

5.2.1

Principe de fonctionnement .............................................................................. 48

5.2.2

Le stator : .......................................................................................................... 50

5.2.3

Le rotor : ........................................................................................................... 51

5.3

Présentation du moteur choisi : ................................................................................ 51

5.3.1

Récapitulatif des caractéristiques de nôtre motorisation : ................................ 54

5.3.2

Avantages : ....................................................................................................... 54

5.3.3

Inconvénients : ................................................................................................. 55

6

Choix du variateur de fréquence : .................................................................................... 55

7

Schémas électriques de raccordement du variateur de fréquence au moteur : ................. 55

8

7.1

Schéma électrique de la partie puissance : ............................................................... 56

7.2

Schéma électrique de la partie de commande : ........................................................ 57

Conclusion ........................................................................................................................ 59

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Introduction générale

Introduction générale Lieu quotidien de vie, l’ascenseur est un moyen de transport et un facteur de rencontre ; s'il améliore la qualité de vie, il suscite également la préoccupation de ses gestionnaires. Équipement de confort, l’ascenseur peut devenir un élément de discorde et d’insécurité. Ainsi, dans ce domaine, les normes internationales de qualité et de sécurité sont de plus en plus sévères. En effet, l’étude et la mise en place d’un ascenseur requière un certain savoir-faire. OTIS, leader mondial dans ce domaine, mise sur sa rigueur et son expertise pour satisfaire ces clients. Le présent rapport fruit de mon travail au sein de la société OTIS Maroc, consiste à l’étude des composants d’un ascenseur ainsi que le suivi et la coordination des différentes opérations de montage. Il est subdivise en trois grandes parties : ➢ La première est dédiée à la présentation de l’entité d’accueil et au contexte général du projet. ➢ La deuxième quant à elle est réservée ai choix et à l’étude des composant. ➢ La troisième et dernière partie est consacrée à l’implantation de l’ascenseur.

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Chapitre 1

Cadre général du projet

« Dans ce premier chapitre, nous présenterons l’organisme d’accueil, le périmètre du projet, ainsi que le cahier de charge »

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Chapitre 1 | Cadre général du projet Avant de se lancer dans un projet au sein d’une entreprise, il paraît essentiel de commencer par connaître cette dernière et ses domaines d’activités. C’est dans ce sens que je vais commencer par présenter la société qui a abrité mon mémoire de fin d’étude

1 Organisme d’accueil 1.1 Présentation général d’OTIS Maroc OTIS Elevator Company est une entreprise américaine numéro un mondial de fabrication d'ascenseurs et seconde de la fabrication d'escaliers mécaniques produits sous le nom d'Escalator. Fondée en 1853 à Yonkers par Elisha Graves Otis, elle a été rachetée par United Technologies en 1976. On doit à Jesse W. Reno l'invention de l'Escalator (sous un autre nom), terme déposé par la marque et devenu générique. L'entreprise emploie aujourd'hui plus de 67 400 personnes dans plus de 200 pays, pour un chiffre d'affaires de 11,9 milliards de dollars (2016). Son siège social se trouve à Farmington (Connecticut). Les principaux concurrents de l'entreprise sont le suisse Schindler, l'allemand ThyssenKrupp et le finlandais Kone. OTIS a installé des ascenseurs pour de nombreux monuments et bâtiments mondialement connus, comme la tour Eiffel, l'Empire State Building, le World Trade Center, la Tower of Terror (ou tour de la Terreur), les tours Petronas et dernièrement, ceux de la célèbre tour géante de Dubaï, la Burj Khalifa. Otis entretient les ascenseurs de la tour Eiffel et de la tour Montparnasse notamment. OTIS emploie 67 400 personnes, dont 53 000 hors des États-Unis. 31 000 techniciens dans le monde assurent l'entretien d'environ 1,9 million d'ascenseurs et escalators sous contrat de maintenance. OTIS détient aussi ses propres centres de production et tours d'essai : centres de production en Chine, République tchèque, France (Gien, Argenteuil, Roissy), Allemagne, Japon, Corée, Espagne et États-Unis. En France, l'entreprise emploie 4 900 salariés dont 2 500 techniciens. Le parc de maintenance est composé de 172 500 appareils représentant un transport de 30 millions de passagers par jour, pour un CA d'environ 1 milliard d'euros (2016). Olivier Rouvière en est le Directeur Général (Otis France est une SCS). OTIS France a créé en 1986 la Fondation OTIS2 sous l'égide de la Fondation de France, afin de soutenir des projets d'intérêt général notamment en faveur des enfants handicapés3. UPLER

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Chapitre 1 | Cadre général du projet Le 21 février 2007, la Commission européenne a condamné les quatre principaux fabricants mondiaux d'ascenseurs (OTIS, Kone, Schindler et ThyssenKrupp) pour avoir pris part à une entente illicite sur le marché allemand et Benelux des ascenseurs et des escaliers mécaniques, qui viole les règles de la concurrence inscrites dans les traités européens. Otis a été condamnée à verser une amende de 225 millions d'euros au budget européen sur les 992 millions d'euros de l'amende totale 4. OTIS a également participé au développement de l'attraction The Twilight Zone Tower of Terror du Parc Walt Disney Studios à Disneyland Paris. La société OTIS Elevator Company est implanté au Maroc sous le nom d’OTIS MAROC avec plus de 100 ans. Le siège social de la société est implanté dans la ville de Casablanca. La société dispose également de plusieurs agences dans les principales villes du Maroc. L’activité principale de l’entreprise est l’installation, la réparation, l’entretien des ascenseurs, montecharge et escalators.

1.2 Visions et valeurs de la société La vision d’OTIS est d’être reconnue comme le leader national incontesté en matière de service. Une référence dans son secteur d’activité, et plus globalement dans la relation client d’excellence. Les valeurs et les principes qui guident la façon de travailler de l’entreprise repose sur une exemplarité quotidienne pour une satisfaction totale des clients. Collaborateurs Sa réside dans ses collaborateurs et dans leur motivation à s’impliquer chaque jour dans la vie de l’entreprise. La sécurité

Des millions de personnes à travers le Maroc empruntent chaque jour les ascenseurs escalators OTIS en toute confiance.

La qualité

OTIS s’est imposée comme la marque de référence de l’industrie grâce à la qualité de ses services.

L'éthique

Nous nous devons de toujours être exemplaire et de respecter la loi à la lettre. Nos clients apprécient notre éthique et notre honnêteté. Tableau 1 : Valeurs de l’entreprise « OTIS »

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

1.3 Produits commercialisés par OTIS La société UPLER TECHNOLOGY commercialise plusieurs types de produit ( Ascenseur, monte-charges, monte-malades…) sur l’échelle national de plus quelle garantie multiples services comme l’installation, la transformation, la maintenance et la rénovation de tous ces types de produit

Figure 2 : Ascenseur

Figure 1 : Monte-charge

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

1.4 Clients et référence OTIS a déjà participé à l’installation de plusieurs appareils élévateurs à travers le royaume, toutes marques confondues. Banques, administrations, assurances, hôtels, industries, cliniques….

Figure 3 : Clients d’OTIS

1.5 Organisation du service installation et rénovation Le service installation et rénovation est organisé en trois départements coordonnés par une direction générale : ➢ Une direction marketing : s'occupant du marketing, de la communication et des ventes. ➢ Une direction Customer care : s'occupant de la satisfaction des clients et leur fidélisation. ➢ Une direction garantie : responsabilisée la garantie vis-à-vis le client en ce qui concerne les pièces de rechange... ➢ Une direction formation : responsable de la formation des personnelles sur tout le réseau OTIS Ces directions sont animées à leur tête et en leur sein par un personnel jeune, dynamique, hautement qualifié, sélectionné au mérite de leurs compétences.

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

Figure 4 : Organigramme du service installation et rénovation

2 Périmètre du projet 2.1 Situation actuelle et problématique Mon projet de fin d’étude s’inscrit dans le cadre d’un projet d’installation et de mise en place d’un ascenseur au sein d’une résidence à Mohemmadia. Le client de l’entreprise OTIS désire ainsi mettre en place un ascenseur panoramique suivant les exigences structurelles du bâtiment, les normes d’installation et de sécurité en vigueur, les besoins esthétiques du client…

2.2 Analyse des besoins du projet L’analyse du besoin est un outil fort, dont l’objectif est d’énoncer clairement le besoin. Selon l’AFNOR « Un besoin est un désir (ou une nécessité) éprouvé par l’utilisateur d’un système ».

2.2.1 Verbalisation du besoin Pour verbaliser clairement un besoin, la première étape est de répondre aux trois questions suivantes : -

À qui le produit rend‐il service ?

-

Sur quoi le produit agit‐il ? UPLER

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Chapitre 1 | Cadre général du projet -

Dans quel but ?

Dans mon cas les réponses sont les suivantes : À qui le produit rend‐il service ?

Le client

Sur quoi le produit agit‐il ?

Implantation d’un ascenseur panoramique.

Dans quel but ?

Faire déplacer les clients dans un cadre de sécurité et de confort. Tableau 2 : Verbalisation du besoin du projet

Client :

Résidence

Le

mohemmadia

site

Mohemmadia

Etude, conception et réalisation

d’un

ascenseur panoramique

Implantation d’un ascenseur panoramique qui vérifie toute les normes de sécurité et de confort tout en répondant aux exigences client. Figure 5 : Bête à corne du projet

La problématique de ce projet de fin d’étude est dont l’installation et la mise en service d’un ascenseur panoramique afin de permettre aux habitants de se déplacer du rez-de-chaussée (Niveau A) au 5ème et dernier étage (Niveau B). Outre les exigences du client, esthétiques (dimensions, cabine, ..), puissance,.., l’ascenseur doit également répondre aux contraintes liées au bâtiment, aux normes de qualité, d’installation et de sécurité en vigueur. UPLER

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

2.2.2 Analyse de l’environnement Chaque appareil de transport vertical ou de levage en phase d’utilisation est en interaction avec plusieurs éléments du milieu extérieur dont les principaux sont les suivant : ➢ ➢ ➢ ➢

La structure du bâtiment. Les exigences du client (propriétaire). Les normes de sécurité et de confort. Les contraintes intrinsèques de l’appareil.

Le diagramme de pieuvre ci-dessous montre les différentes interactions entre ces milieux extérieurs et notre ascenseur. Selon la norme X 50-150-1) une fonction service est : « une action demandée à un produit (ou réalisée par lui) afin de satisfaire une partie du besoin d’un utilisateur donné ». Le système doit ainsi répondre aux fonctions suivantes : ➢ FP : Recevoir et déplacer en toute sécurité des charge(Personnes), entre les niveaux desservis en s’appuyant sur la structure du bâtiment, à l’aide d’énergie électrique, de la pesanteur. ➢ FC1 : Être cohérent avec la structure du bâtiment dans cadre esthétique. ➢ FC 2 : Répondre aux exigences du client sur tous les cotes (confort, sécurité, forme, esthétique…). ➢ FC3 : L’appareil doit résister aux agressions de milieu ambiant. ➢ FC4 :L’appareil doit respecter toutes les normes de sécurité et de qualité pour les nouvelles installations norme NM EN 81-73et NM 10.8.012 ➢ FC5 :L’appareil doit être facile à entretenir et garanti la facilite et la sécurité d’entretien selon Décret N°2012-67 du 07/05/2012

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

2.2.3 Diagramme de FAST Le diagramme de FAST, permet à partir d’une fonction identifiée de la décomposer logiquement pour aboutir aux solutions technologiques. La figure ci-dessous montre le FAST de description de la fonction principale :

Figure 6 : Diagramme Pieuvre du projet

Figure 7 : FAST de description de la fonction principale

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Chapitre 1 | Cadre général du projet

2.2.4 Objectif du projet L’objectif principal du projet est de mettre en place un ascenseur panoramique qui assurera un déplacement agréable en toute sécurité et confort pour les clients du restaurant. D’autre part, présenter au client la meilleure solution possible qui répond à tous ses exigences qui sont principalement les suivant : ❖ Un ascenseur panoramique qui garantit le déplacement d’un nombre maximal de clients. ❖ Un ascenseur qui vérifiera toute les normes de sécurité et de qualité. ❖ Un ascenseur qui présentera une solution technique et technologique répondant aux exigences du client qui sont : • Le respect de l’espace dédié au projet. • Le respect de l’esthétique du bâtiment. • Le respect des délais de mise en service. • Présenter une offre intéressante la plus optimal possible.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

Chapitre 2

Etude et choix de la solution

« Dans ce chapitre, nous présenterons les différents types d’ascenseurs et leurs caractéristique, nous choisirons la meilleurs solution à adopter grâce à des études, des calculs et dimensionnement. Dans ce sens, nous choisirons le type d’ascenseur, le type de motorisation et le type de variateur de fréquence à utiliser »

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

1 Introduction Les objectifs de ce chapitre sont de présenter toutes les étapes et la procédure suivie au sein de la société, afin d’aboutir au choix de la meilleures solution technique et technologique répondant aux contraintes des normes et des exigences du client.

2 Généralités sur les différents types d’ascenseurs et leurs Caractéristiques Avant d’entamer la résolution, il est nécessaire de réaliser une étude bibliographique. Ce chapitre est dédié à cet effet. Il comprend des généralités sur les différents types d’ascenseurs et leurs principales caractéristiques dans le but de mieux cerner mon projet de fin d’étude. Les contraintes qu’affrontent la politique urbaine et les enjeux environnementaux concernant la consommation énergétique, le confort, la sécurité,… ne cessent d’augmenter. Cela pousse les constructeurs des systèmes élévateurs à innover continuellement dans le domaine des ascenseurs. C’est dans cette optique, qu’ont été intégrés les organes électroniques tels que les variateurs de fréquence.

2.1 Les différents types d’ascenseur. Un ascenseur est un lieu quotidien de vie et de rencontre avant qu’il soit un moyen de transport vertical assurant le déplacement en hauteur et améliorant la qualité de vie. Les dimensions, la construction et le contrôle en temps réel durant l'utilisation de l’ascenseur permettent de garantir confort et sécurité aux usagers. L'ensemble du dispositif des guides, moteur, mécanique et câbles est installé le plus souvent dans une trémie ou gaine rectangulaire verticale fermée ou parfois semi-fermée située en général à l'intérieur de l'édifice dans laquelle la cabine et le contrepoids gravitent.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

2.2 Les catégories d’ascenseur. Nous distinguons deux grandes familles d’ascenseur : - Les ascenseurs à traction à câble. - Les ascenseurs hydrauliques. En général, ces deux types utilisent l’énergie électrique pour déplacer verticalement la cabine d’ascenseur. Cependant, les ascenseurs hydrauliques sont nettement moins utilises que les ascenseurs a treuil.

2.2.1 Les ascenseurs hydrauliques : a) Principe de fonctionnement des ascenseurs hydrauliques : Comme toute machine hydraulique, la pompe met sous pression l'huile qui pousse le piston hors du cylindre vers le haut. Lorsque la commande de descente est programmée, le bypass (vanne) de la pompe permet de laisser sortir l'huile du cylindre vers le réservoir.

Figure 8 : Phases de monté et descente des pistons

b) Description : Les ascenseurs hydrauliques sont utilisés en général pour satisfaire des déplacements relativement courts de l’ordre de 15 à 18 m maximums. Plusieurs modèles existent sur le marché. Nous pouvons citer : - Les ascenseurs hydrauliques à cylindre de surface. - Les ascenseurs hydrauliques à cylindre enterré. - Les ascenseurs hydrauliques à Télescopiques à cylindre de surface. UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

Figure 9 : Description d’un ascenseur hydraulique

Un ascenseur hydraulique se compose principalement : - D’une cabine. - De guides. - D’un ensemble pistons-cylindres hydrauliques placé sous la cabine de l'ascenseur. - D’un réservoir d'huile. - D’un moteur électrique accouple a une pompe hydraulique. - D’un contrôleur Les différents modèles permettent de tenir compte des critères structuraux de l’immeuble à savoir la surface et la hauteur à desservir. Les ascenseurs Vu que la hauteur possible est limitée, stabilité de sol et de sous-sol, risque de pollution par rapport au sol et plus spécifiquement aux nappes phréatiques et d'esthétique. c) Énergie Énergétiquement parlant, les ascenseurs hydrauliques posent un problème dans le sens où il n'y a pas de contrepoids pour équilibrer la cabine comme dans les systèmes à traction à câble. d) Avantages : UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution Les avantages que présente un ascenseur hydraulique sont : - Précision au niveau du déplacement (mise à niveau). - Charge importante. - Réglage facile de la vitesse de déplacement. - Ne nécessite pas de local de machinerie. - Implantation facile dans un immeuble existant. e) Inconvénients : Les inconvénients que présente un ascenseur hydraulique sont : - Course verticale limitée à une hauteur entre 15 à 18m. - La sécurité incendie compliquée à cause de la quantité importante d'huile. - Risque de pollution des sous-sols. - Consommation énergétique importante. - Nécessite de renforcer la dalle de sol. - L’absence de contrepoids provoquant un surdimensionnement, une forte consommation et des appels de puissance importants (à charge et à vitesse égales, il faut 3 fois plus de puissance). - Une vitesse réduite. - Présence d’une surface minimale de 3,5 m² adjacente pour la salle des machines f) Bilan : Après voir réalisé cette étude sur ce type d’ascenseur on peut dire que les ascenseurs hydrauliques présentent plus d’inconvénients que d’avantages dans la plupart des cas. Ce qui explique leur faible utilisation une demande en baisse sur le marché. Ce type d’ascenseur nécessite des maitres d’ouvrage de tenir compte de plusieurs points : • • • • • •

La place dédiée à l’installation. La hauteur de l’immeuble à desservir. La stabilité du sol et du sous-sol. Le risque de pollution par rapport au sol et plus spécifiquement aux nappes phréatiques. Problème d'esthétique. ...

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

2.2.2 Les ascenseurs à traction à câbles : a) Principe de fonctionnement des ascenseurs à traction à câbles Un motoréducteur électrique actionne une poulie qui entraîne par adhérence une nappe de câbles auxquels sont suspendus la cabine et son contrepoids. Correspondant à des besoins particuliers, deux variantes existent : - Pour des petites capacités et un encombrement réduit du fait de l'absence de contrepoids (en particulier pour la création d'ascenseur dans un immeuble existant), le treuil à tambour tracte directement la cabine ; - Pour les immeubles de grande hauteur nécessitant des vitesses plus importantes, les ascenseurs dits "gearless", la poulie d'adhérence est alors directement entraînée par un moteur électrique plus sophistiqué. Par ailleurs, de plus en plus d’ascenseurs électriques sans local de machine sont maintenant installés grâce aux efforts d’innovation technologique des constructeurs rendus possibles par la Directive ascenseurs de 1995. b) Description : Les ascenseurs à traction à câbles sont les types d'ascenseurs les plus fréquemment utilisés, notamment dans les bâtiments tertiaires. Ils se différencient entre eux selon le type de motorisation : - À moteur-treuil à vis sans fin. - À moteur-treuil planétaire. - À moteur a attaque directe (couramment appelé "Gearless" ou sans treuil). Et selon leur forme aussi : - Ascenseurs électriques avec local de machine WRL (With machine room). - Ascenseurs électriques sans local de machine MRL (Machine room less). Un ascenseur à treuil se compose essentiellement d’une cabine, d’un contrepoids, des câbles reliant la cabine au contrepoids, des guides, et d’un système de traction au-dessus de la cage de l'ascenseur.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

Figure 10 : Description d’un ascenseur à treuil

c) Énergie : Les ascenseurs à traction à câbles sont plus intéressants que les ascenseurs hydrauliques dans le sens ou le contrepoids réduit fortement, quel que soit le type de motorisation, les consommations et les courants de démarrages sont réduits par rapport aux ascenseurs hydrauliques (à charge et a vitesse égales, la puissance est réduite d'un facteur 3 c.à.d. 33%). d) Avantages : Les avantages que présente un ascenseur à traction à câbles sont : - Absence de limite de hauteur du bâtiment - Suivant le type de motorisation précision au niveau de la vitesse et du déplacement. - Rapidité de déplacement. - Grande plage de variation de vitesse. - Efficacité énergétique importante. - Pas de souci de pollution. - La réduction des couts de dimensionnement de l'installation électrique. - La maitrise des chutes de tension sur le réseau. - La limitation des consommations et des appels de puissance. UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution e) Inconvénients : Les inconvénients que représente ce type d’ascenseur sont : - La version standard (treuil à réducteur), nécessite un local de machinerie en toiture. - Exigence d’entretien très importante. - Nécessite de tenir compte du poids de la cabine, des câbles, du contrepoids, de la structure de la salle des machines, et des équipements de la salle des machines. Le poids total repose sur la structure du bâtiment (colonne ou mur de gaine porteur renforce) et se reporte au niveau des fondations. - Peut imposer un volume construit inesthétique visible sur le toit (cas WMR). - Problème d'accessibilité. - Compacité de la gaine réduite par la présence de la cabine et du contrepoids et, par conséquent, réduction de la surface utile dans les étages du bâtiment. f) Bilan : Après voir réalisé cette brève étude sur ce type d’ascenseur on peut dire que les ascenseurs électriques présentent plus d’avantages que d’inconvénients dans la plupart des cas. Ce qui explique leur forte utilisation et présence sur le marché. De plus avec l’apparition des ascenseurs sans locale machine qui garanties au maitre d’ouvrage plusieurs possibilités de manouvres et de solutions : • • • • •

Réduction de la place dédiée à l’installation. La hauteur d'immeuble à desservir illimitée. Pas de contraintes concernant la stabilité de sol et de sous-sol. Élimination du risque de pollution par rapport au sol et plus spécifiquement aux nappes phréatiques. Esthétiquement acceptable sur avec l’apparition des ascenseurs sans local machine.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution

Figure 11 : Description de l’ascenseur à traction à câbles sans locale machinerie (MRL)

2.2.3 Conclusion : Après cette vision globale sur les différents types d’ascenseur et leur caractéristiques, essence même de mon projet de fin d’étude. La seconde partie sera dédiée au choix de la solution et au dimensionnement des composants de l’ascenseur (moteur – variateur – cabine- …)

3 Choix du type d’ascenseur Le choix du type d’ascenseur principalement en tenant compte des contraintes du projet, des exigences client et des normes de sécurité en vigueur.

3.1.1 Contraintes du projet : Le choix du type d’ascenseur pour notre projet est lié à plusieurs contraintes qui rendent l’intervalle du choix vraiment restreint, vu que notre solution choisie doit répondre aux contraintes exigences suivantes : Respecter la surface dédiée à l’implantation de l’ascenseur qui est de 2 400 x 2 350 cm² Concevoir une solution avec un maximum de passagers tout en respectant les contraintes liées au bâtiment. Concevoir une solution technique et technologique la plus optimale possible.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution Garantir aux passagers un grand niveau de confort afin de profiter de la vue et du paysage. Respecter toutes les normes de sécurité et de qualité liées à l’appareil, au bâtiment, aux constructions….

3.1.2 Critères de choix : Les critères de choix pour équiper un immeuble d'un ou de plusieurs ascenseurs relèvent principalement d'éléments : •

•

• • •

Constructifs tels que la hauteur de bâtiment, l'espace disponible au niveau des étages, la possibilité de placer une salle des machines au sommet de la gaine, stabilité du terrain ... Organisationnels comme le type de fonction du bâtiment, son occupation et son type de fonctionnement tout en garantissant une performance de confort et de trafic (rapport charge/vitesse). De sécurité. Énergétique en considérant que la consommation et les appels de puissance doivent être limités ...

Figure 12 : Ascenseur hydraulique avec salle des machines

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution De plus que le site du projet et tout près de la mer ce qui interdit toute intervention sur la dalle ou le sous-sol, cela aussi éloigne l’ascenseur hydraulique du cercle des choix vu qu’il nécessite une renforçassions de la dalle.

Conclusion : Après l’analyse des contraintes liées au bâtiment et les caractéristiques des diffèrent types d’ascenseur, on constate clairement que l’utilisation d’un ascenseur hydraulique est pratiquement impossible. Donc notre choix repose sur un ascenseur Électrique à Traction à câble. Le client exige une installation qui préserve l’esthétique structurale du bâtiment, et cela en respectant le niveau de la toiture du bâtiment

Figure 13 : Niveau de toiture du bâtiment

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution Heureusement pour les ascenseurs à traction, ces dernières années, propose une nouvelles technologie qui réduit considérable le niveau et la hauteur de la gaine (trémie)

Figure 14 : Ascenseur a traction WMR

Figure 15 : Ascenseur à traction MRL c- Performance de trafic : La charge et la vitesse influencent aussi le choix du type d'ascenseur. En effet : •

•

Une charge importante à déplacer orienterait plutôt le choix du type d'ascenseur vers la technologie hydraulique, bien que les ascenseurs à traction soient capables de reprendre des charges importantes dans la plupart des applications du tertiaire. Une vitesse de déplacement élevée (jusqu'à 2 m/s pour des ascenseurs d'immeubles tours) imposerait la technologie des ascenseurs à traction.

Ces critères sont établis lors du dimensionnement des installations d'ascenseurs en fonction : • • • •

De la population susceptible d'occuper le bâtiment, Du type de fonction du bâtiment (bureaux, hôpital, ...), Du type d'occupation (plusieurs services différents, horaire fixe ou flexible), ...

Sur base de critères de performance tels que : • •

le débit relatif (en % de la population totale de l'immeuble déplacée en 5 minutes), le temps d'attente moyen maximum (en seconde).

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution L’analyse de trafic est une étude à réaliser, afin de faire le choix du nombre d’ascenseurs, de la dimension de la cabine, de la vitesse des ascenseurs et de leur emplacement dans le bâtiment. Les variables affectant ce calcul sont : ‐ Type d’usage du bâtiment (résidentiel, commercial, bureautique …) ‐ Population moyenne par étage ‐ Temps que l’ascenseur prend pour effectuer une boucle (Round Trip Time) ‐ Nombre de personnes à évacuer dans un intervalle de temps de 5 minutes. Il existe un logiciel qui sert à faire l’analyse de ce trafic. Ce logiciel nommé «EZ assist» est exclusif et agréé par Mitsubishi. Le logiciel sert à envisager les spécifications de l’ascenseur, tel que le nombre d’ascenseurs nécessaire, leurs vitesse, leurs capacités ainsi que leurs distribution dans le bâtiment au cas où nous avons besoin de plusieurs ascenseurs.

Figure 16 : Logiciel EZ assist

Conclusion : Dans notre projet, nous éliminerons l’analyse de trafic, puisque nous pouvons déduire tout simplement par expérience qu’un ascenseur dont la vitesse maximal est de 1m/s et dont la capacité est de 7 personnes, est suffisant pour notre bâtiment de 2 étages (RDC et 2ème étage).

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution d- Performance de confort : Outre le temps d'attente moyen maximum et la vitesse de déplacement de la cabine, d'autres performances de confort interviennent dans le choix d'une technologie : • • •

les accélérations et décélérations, les mises à niveau de précision pour rester dans les tolérances conseillées par la norme NBN EN 81 (marche de 5 mm maximum entre le palier d'ascenseur et la cabine). ...

C’est dans ce cadre-là et suivant la procédure du choix adopter au sein de la société, qu’on a validé le choix d’une motorisation à variateur de fréquence. e- Sécurité :

En termes de sécurité des personnes, par rapport aux risques liés au principe même de la technologie (traction et hydraulique), il n'y a pas de grande différence. Cependant, l'utilisation d'une quantité importante d'huile pour les ascenseurs hydrauliques complique la sécurité incendie et augmente le risque de pollution des sols de la salle des machines et du cuvelage de la fosse (voir la norme NBN EN 81-2 concernant les règles de sécurité pour la construction et l'installation des ascenseurs hydrauliques). Cependant, et afin de vérifier la norme de sécurité NM EN 81-73 (Fonctionnement des ascenseurs en cas d’incendie), on a validé au sein de l’entreprise le choix d’un ascenseur à traction a câbles MRL. f- Critère énergétique : À ce niveau, on n'a pas encore parlé de l'énergie (honte à nous !). Pourtant, s'il y a bien un critère qui devrait intervenir dans le choix du type d'ascenseur, c'est le critère énergétique. La consommation et l'appel de puissance (courant de démarrage) influencent directement le choix d'une technologie. En effet, de par la présence d'un contrepoids dans la gaine d'ascenseur à traction (la masse du contrepoids correspond à celle de la cabine plus 50 % de la charge nominale de la cabine), les consommations et les courants de démarrages sont réduits par rapport aux ascenseurs hydrauliques (à charge et à vitesse égales, la puissance est réduite d'un facteur 3). g- Bilan récapitulatif du choix du type d’ascenseur :

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution Après avoir suivi la procédure du choix de notre ascenseur adopte au sein de la société, on a opté pour un ascenseur à traction à câble MRL avec motorisation gearless à variateur de fréquence qui répond parfaitement à nos exigences c.à.d. les exigences de de notre client, et qui vérifie au même temps les contraints du site de notre projet. Ascenseur à traction à câble MRL

Figure 17 : Prototype de la solution choisie

Les ascenseurs à traction sont de loin les systèmes les plus couramment utilisés dans les immeubles du tertiaire. On citera comme avantages principaux : • • • • • • • •

la limitation des consommations et des appels de puissance, la réduction des coûts de dimensionnement de l'installation électrique, la maîtrise des chutes de tension sur le réseau, la limitation des coûts de réserve de puissance, une consommation d'huile dérisoire, l'absence de limite de hauteur du bâtiment, la grande plage de variation de vitesse, ...

Beaucoup d'autres avantages sont à mettre à l'actif des ascenseurs à traction depuis la percée des nouvelles technologies appliquées à la motorisation propre aux ascenseurs à traction. En effet : • • •

Les moteurs sont de plus en plus compacts, performants et légers ("gearless"). Les commandes et régulations de vitesse associée sont, à l'heure actuelle, souples, peu énergétivores et précises (variateurs de fréquence). Les câbles deviennent souples, résistants et surtout légers.

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Figure 18 : Câble des ascenseurs

Tous ces facteurs font en sorte que le poids de l'ensemble diminue beaucoup et permet d'arriver à des concepts, sans salle des machines, s'appuyant sur des structures plus légères qu'auparavant. Bilan économique de la solution : Les nouveaux systèmes de tractions, utilisant la technologie de motorisation ("gearless"), permettent d'éviter la conception de salle des machines au sommet de la gaine. Ce type configuration réduit les coûts liés : • •

À l'étude et la conception de la salle des machines. Au surdimensionnement de la structure (stabilité moins contraignante au niveau des colonnes ou des murs porteurs de la gaine).

La construction et le placement d'un ascenseur représentent, d'après un constructeur, 4 à 5 % du coût total de construction d'un immeuble (référence à un immeuble d'appartements de 3 niveaux). Dans le secteur tertiaire, le coût engendré par les ascenseurs risque d'être encore plus conséquent sachant que le trafic est plus intense et donc les charges des cabines. La construction d'ascenseur sans salle des machines permet de réduire l'investissement de départ de l'ordre de 25 % (chiffre annoncé par un constructeur). Le graphique suivant traduit les avantages financiers de la conception sans salle des machines :

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Figure 19 : Bilan économique Pour un Ascenseur à traction à câbles WRL

Figure 20 : Bilan économique Pour un Ascenseur à traction à câbles MRL

•

Lexique Ascenseur sans local des machines (MRL) :

Le schéma ci-dessous, nous permettra de mieux comprendre composition d’un ascenseur à traction à câbles MRL.

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Figure 21 : Lexique ascenseur à traction à câbles sans local machine •

•

•

• •

Cabine d'ascenseur : Élément composé d'un plancher, de parois et d'un toit destiné à accueillir les personnes et les marchandises (La partie visible de l'ascenseur). Cet élément est inséré et fixé dans un cadre appelé suspension cabine. Porte de cabine : Porte a fermeture généralement automatique destinée à confiner l'utilisateur dans la cabine pendant le déplacement de celle-ci, lui interdisant tous contact avec les parties extérieures à la cabine. Porte paliers : C’est la porte externe de l’ascenseur. Chaque ascenseur est équipé d’autant de porte palier que de nombre d’étage. Elles peuvent être battantes et commandées manuellement ou automatiques et coulissantes (à ouverture centrale ou latérale). Elles doivent être équipées d’un dispositif empêchant leurs ouvertures si la cabine n’est pas sur le niveau et bloquant le départ pendant leur ouverture. Boutons d’appels : On nomme boutons d'appels les boutons installés aux paliers. Boutons d’envois : Les boutons d'envois sont installés dans la cabine.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution •

•

• • •

Contrepoids : Élément destiné à contre balancer le poids de la suspension cabine augmente de la moitié de la charge utile. Celui-ci est constitué d'une suspension métallique contenant des gueuzes en fonte destinées à l'alourdir. Lorsque la cabine d'ascenseur monte, le contrepoids descend. Suspension cabine : Cadre rigide composé de poutrelles en acier et destiné à accueillir la cabine. Ce cadre est suspendu dans la gaine par les câbles de traction. Des coulisseaux épousant la forme des guides de cabine et fixés à la suspension assurent le déplacement parfait de la cabine. (Appelé également étrier). Guides : Profiles en acier, généralement en forme de T, destinés à guider la cabine et le contrepoids dans la gaine. Ancrage de guide : Pièce métallique servant à fixer les guides aux murs de la gaine. Coulisseaux : Éléments fixés à la suspension, garnis d'une fourrure épousant la forme des guides et destinés à guider celle-ci dans la gaine.

Figure 22 : Suspension de Cabine • •

Cuvette : Partie la plus basse de la gaine de l'ascenseur contenant les poulies de renvoi et les amortisseurs. Amortisseurs : Ressorts puissants placés en cuvette et destines à ralentir la suspension cabine ou le contrepoids en cas de dépassement des "fin de course" de sécurité.

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Figure 23 : Cuvette d’ascenseur

•

•

• •

Fin de course : Contact de sécurité placé généralement en gaine et destiné à stopper l'ascenseur en cas de dépassement de sa course normale. La fin de course peut aussi se trouver en machinerie. Dans ce cas, il est actionné soit par le tambour de traction soit par le câble du limiteur. Câble de sélecteur d’étage : Généralement, les sélecteurs d'étage mécaniques sont entrainés par le treuil ou le limiteur de vitesse. Cependant, certains sélecteurs d'étage ont leur propre câble d’entrainement (c’est également notre cas). Celui-ci, relie la cabine d'ascenseur et le contrepoids et entraine un petit tambour qui actionne le sélecteur d'étage. Appareillage : Armoire placée en machinerie et contenant les relais, et autres équipements destinés à commander l'ascenseur. Treuil : Machine composée d'un dispositif de freinage et d'un moteur et destinée à actionner les câbles de traction de l'ascenseur. On distingue trois types de treuil : Les anciennes machines à tambour de traction. Les machines à traction directe sont appelées Gearless (c’est également notre cas). Ce sont les plus modernes et les plus performantes.

Figure 24 : Treuil d’ascenseur

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•

•

•

•

Poulie de traction : Poulie équipée généralement de gorges taillées en forme de V de manière à agripper les câbles de traction. Cette poulie, solidaire du treuil, fait lors de sa rotation se déplacer l'ensemble cabine et contrepoids. Volant de dépannage : Dans le but d'assurer le déplacement manuel de l'ascenseur, un volant de dépannage est généralement fixe soit sur l'arbre du moteur de traction soit sur l'axe du treuil. Marquage des câbles : Tous les ascenseurs équipés de treuil devraient être équipés d'un marquage sur les câblés de traction matérialisant la mise à niveau de la cabine. Celui-ci est à niveau lorsque la marque des câbles est en face d'une marque de même couleur peinte sur le châssis du treuil. Certains ascenseurs possèdent quant à eux un voyant installe sur l'appareillage qui lorsqu'il est allumé, informe de la mise à niveau de la cabine (c’est également notre cas). Limiteur de vitesse : Organe mécanique équipé de masselottes et place généralement en machinerie. Le limiteur, solidaire de l'ascenseur par un câble de limiteur tourne au déplacement de celui-ci. Si la vitesse dépasse anormalement la vitesse maximale autorisée, les masselottes se lèvent et coupent un contact de sécurité. En descente, la levée des masselottes bloque le limiteur. Ceci a pour effet de provoquer la levée du dispositif de parachute de la suspension de la cabine d'ascenseur

Figure 25 : Limiteur de vitesse

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•

•

•

Câble de limiteur : Câble en acier fixe au parachute de l'ascenseur et se déplaçant avec lui. Lorsqu'en descente, le câble est bloqué par le limiteur de vitesse, il provoque la levée du parachute et le blocage de la cabine. Système Parachute : Organe mécanique place sur la suspension de cabine et commande par un câble de limiteur. En cas de rupture des câbles de traction ou de survitesse exagérée en descente, le mécanisme du parachute assure un blocage mécanique de la suspension dans les guides évitant la chute libre de la cabine. Ce dispositif peut, dans certains cas, équiper le contrepoids. Commande de révision : La commande de révision est composée d'un boitier place sur le toit de la cabine de l'ascenseur. Ce boitier, équipé de bouton de marche montée et descente ainsi que d'un bouton d'arrêt d'urgence, permet au prépose à l'entretien de manœuvrer, en toute sécurité et à faible allure, l'ascenseur pour inspecter et graisser les organes places en gaine.

4 Dimensionnement de l’ascenseur : 4.1 Introduction : Une fois le type d'ascenseur à placer choisi, suivant les données constructives (nombre d'étages, type d'occupation, confort à atteindre, ...), les fabricants et les bureaux d'étude sont à même de déterminer, en fonction d'hypothèses prises sur la configuration de l'ascenseur (vitesse, accélération, ...) et de données constructives du bâtiment, le dimensionnement idéal pour atteindre les performances recommandées. Ces calculs sont basés sur des données statistiques d'utilisation d'ascenseurs. D'autres paramètres de bonne pratique permettent de simplifier le dimensionnement ou de mieux cibler le choix des équipements. Le tableau ci-dessous reprend ces ordres de grandeur :

UPLER Technology (2014/2015) - Page 41/61 Tableau–3 ENSEM : Ordres dePromotion grandeur pour le dimensionnement des ascenseurs

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4.2 Dimensionnement de la cabine : Après avoir choisi le type d’ascenseur qui répond aux exigences du projet, nous devons maintenant procéder au dimensionnement de notre appareil de tel sorte qu’il vérifie la contrainte posée par le client qui est : ➢ Concevoir une solution avec un maximum de passagers tout en respectant les contraints lies au bâtiment.

Une fois les différents paramètres et données relatives au site analysés, nous avons opté pour un ascenseur de 7 personnes qui vérifie parfaitement nos exigences et respecte les normes. Selon la norme Marocaine EN81.1, il existe une limite inférieure et une limite supérieure pour l’espace utile de la cabine, en fonction de la capacité.

Tableau 4 : Limite supérieur et limite inférieur de l’espace utile de la cabine d’ascenseur

La capacité de l’ascenseur est calculée d’après la formule : C= N*75 Dans laquelle : C : est la capacité de la cabine N : est le nombre de personnes. Alors pour une cabine de 7 personnes, la capacité de la cabine sera : 525 Kg UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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La limite minimale pour la surface utile d’une cabine de 525 kg d’après la norme EN 81.1

Tableau 5 : Dimensionnement de la cabine suivant le nombre de passagers

D’après les tableaux 4 et 5, la surface utile de la cabine doit être entre 1,31m2 et 1,55m2. Nous avons fait le choix d’une cabine de 1100 mm de largeur et 1400 mm de profondeur, ainsi après avoir ajouté la surface de la colonne d’entrée (0,08m2), la surface utile de la cabine devient : S = (1100.10-3) * (1400.10-3) + 0,08 = 1,62 m2 Par suite, la surface utile de notre cabine est à la limite du seuil maximal. Et cela procurera un cadre agréable et de confort aux passagers afin qu’ils bénéficient le plus du paysage en vue.

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Figure 26 : Schéma de la cabine de l’ascenseur

Comme nous pouvons constater, que le dimensionnement de notre ascenseur respect parfaitement toutes les contraintes liées au site dont notamment la superficie allouer à la gaine. En effet la superficie de la gaine est de 4.88 m2 qui est inférieure à la superficie globale dédié à l’implantation de notre ascenseur qui est de 5.64 m2.

Figure 27 : Schéma de la gaine de l’ascenseur

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5 Choix de la motorisation : Sur le plan des performances de confort et de trafic, les différents types de motorisation conviennent dans la plupart des cas. En effet, le dimensionnement de l'installation dépendant surtout de la charge et de la vitesse à atteindre, la gamme disponible sur le marché est assez large pour satisfaire l'ensemble des performances souhaitées, quel que soit le type de motorisation. Pour cette raison, on différentie plutôt les motorisations à traction en fonction des critères principaux suivants : • • •

le rendement global, la performance énergétique, l'encombrement des équipements.

Les critères secondaires, mais néanmoins importants, prennent en compte le poids, la consommation d'huile, le niveau acoustique, ...

5.1 Critères du choix de la motorisation : 5.1.1 Rendement global de la motorisation : Le rendement global de la motorisation influence le dimensionnement de l'installation et les consommations futures. En effet, à puissance mécanique égale (pour déplacer la charge), meilleur sera le rendement de la motorisation, moins : • • •

le surdimensionnement du moteur et de l'installation électrique sera important, les consommations énergétiques durant la vie de l'ascenseur seront grandes, les chutes de tension en ligne perturberont le réseau électrique interne voire externe.

On adopte une règle immuable en termes de rendement : Plus les équipements de la motorisation sont nombreux, moins bon est le rendement ! Le rendement global d’une motorisation correspond à :

ηglobal = η elec commande * η elec moteur * η meca reducteur * η meca poulie

Le cas des moteurs à traction classique, par rapport à la même motorisation à traction sophistiqué (gearless), montre que les intermédiaires occasionnent des pertes et, par UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution conséquent, réduisent la puissance mécanique disponible à la roue de traction pour une même puissance électrique absorbée. Le tableau suivant permet de comparer les différents rendements globaux en fonction du type de motorisation et en présence ou non d'un variateur de fréquence électronique.

Figure 28 : Graphe comparatif des différents rendements globaux en fonction du type de motorisation

5.1.2 Performance énergétique Indépendamment du rendement global de la motorisation, la maîtrise de la performance énergétique passe surtout par l'optimisation des courants de démarrage. En effet, le fonctionnement des ascenseurs est plus une succession de démarrages et d'arrêts, où le courant absorbé peut être très important, que de longues courses à courant nominal plus réduit. Ceci est d'autant plus vrai que le trafic est intense, ce qui est le cas des bâtiments du secteur tertiaire. Il va de soi, qu'à l'heure actuelle, le variateur de fréquence devient un gage de performance énergétique certain et que de prévoir un nouveau projet de conception sans cet équipement : •

priverait les utilisateurs d'un confort renforcé (démarrage progressif, mise à niveau précise, ...),

•

occasionnerait des consommations inutiles et des appels de puissance pénalisants au niveau de la pointe quart-horaire.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution Le marché s'oriente vers les motorisations ("gearless") mais équipés d'un variateur de fréquence statique cumulant différents avantages comme : • • •

le contrôle permanent du couple et de la puissance en optimisant les courants de démarrage et les consommations, la possibilité de renvoyer de l'énergie sur le réseau électrique durant le freinage, ...

Figure 29 : Commande par variateur de fréquence

Sans tenir compte du rendement de la motorisation, la performance énergétique est en fait liée principalement à la gestion des démarrages et des arrêts par le variateur de fréquence.

5.1.3 Encombrement Une réduction des coûts d'investissement et un gain de place sont liés à la limitation de l'espace nécessaire à la machinerie. Un constructeur annonce une réduction de l'ordre de 25 % de l'investissement nécessaire à la conception d'un ascenseur sachant que la salle des machines n'est plus nécessaire, ce qui rend le critère d'encombrement crédible.

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5.2 Choix du type de moteur : Le choix de notre motorisation a été fondé sur plusieurs critères dont les principaux sont : •

Une motorisation qui nous garantit un bon fonctionnement de notre appareil.

•

Une motorisation qui vérifie toutes les contraint posées de sécurité, de confort…

•

Une motorisation adapté au type d’ascenseur choisie M.R.L

•

Une motorisation qui présente la solution la plus optimal énergétiquement.

C’est dans cette optique que mon encadrant au sein d’UPLER et moi nous avons opté pour une motorisation Asynchrone à traction gearless couple à un variateur de fréquence. Vu que Le moteur asynchrone couplé à un variateur de fréquence est de loin le type de moteur le plus utilisé pour les applications où il est nécessaire de contrôler la vitesse et le déplacement d'une charge. Le système moteur-variateur convient bien pour des applications tels que la nôtre car on recherche une excellente précision à fois au niveau de la vitesse (confort des utilisateurs) et de la précision de la position de la cabine par rapport aux paliers. Quant au moteur asynchrone seul, sa popularité résulte du peu d'entretien nécessaire, de sa simplicité de construction, de sa standardisation et de sa robuste.

5.2.1 Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone repose : •

D'une part sur la création d'un courant électrique induit dans un conducteur placé dans un champ magnétique tournant. Le conducteur en question est un des barreaux de la cage d'écureuil ci-dessous constituant le rotor du moteur. L'induction du courant ne peut se faire que si le conducteur est en court-circuit (c'est le cas puisque les deux bagues latérales relient tous les barreaux).

•

D'autre part, sur la création d'une force motrice sur le conducteur considéré (parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tournant ou variable) dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.

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Figure 30 : Sens de rotation du moteur

Comme montré sur le schéma ci-dessus, le champ tournant, à un instant donné, est orienté vers le haut. En considérant deux conducteurs diamétralement opposés, on constate que les courants induits dans ces deux conducteurs sont en sens inverse et, associés au champ magnétique, créent des forces motrices en sens inverse. Le rotor étant libre de tourner sur l'axe X-Y, les deux forces s'associent pour imprimer aux deux conducteurs un couple permettant la rotation de la cage d'écureuil : le moteur électrique est inventé. Pour entretenir la rotation du moteur, il est nécessaire de faire varier soit le courant dans les conducteurs de la cage, soit le champ magnétique. Dans un moteur asynchrone, c'est le champ magnétique qui varie sous forme de champ tournant créé dans le stator. Au démarrage le champ tournant balaye les conducteurs de son flux à la vitesse angulaire de synchronisme. Le rotor mis en rotation tend à rattraper le champ tournant. Pour qu'il y ait un couple entretenu au niveau des conducteurs, la variation de flux doit être présente en permanence, ce qui signifie que si les conducteurs tournent à la vitesse de synchronisme comme le champ tournant, la variation de flux sur les conducteurs devient nulle et le couple moteur disparaît. Un rotor de moteur asynchrone ne tourne donc jamais à la vitesse de synchronisme (50 Hz). Pour un moteur à une paire de pôles (à 50 Hz, la vitesse de rotation du champ tournant est de UPLER Technology – ENSEM Promotion (2014/2015)

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution 3 000 [tr/min]) la vitesse de rotation du rotor peut être de 2 950 [tr/min] par exemple, intervient ici la notion de glissement.

5.2.2 Le stator : Le stator d'un moteur triphasé (le plus courant en moyenne et grosse puissance), comme son nom l'indique, est la partie statique du moteur asynchrone. Il se compose principalement : • • • • •

de la carcasse, des paliers, des flasques de palier, du ventilateur refroidissant le moteur, le capot protégeant le ventilateur.

Figure 31 : Stator du moteur

L'intérieur du stator comprend essentiellement : • •

un noyau en fer feuilleté de manière à canaliser le flux magnétique, les enroulements (ou bobinage en cuivre) des trois phases logés dans les encoches du noyau.

Dans un moteur triphasé les enroulements sont au nombre minimum de trois décalés l'un de l'autre de 120° comme le montre le schéma ci-dessous.

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5.2.3 Le rotor : Le rotor est la partie mobile du moteur asynchrone. Couplé mécaniquement au treuil l'ascenseur, il va créer un couple moteur capable de fournir un travail de montée et de descente de la cabine d'ascenseur. Il se compose essentiellement : • •

D'un empilage de disques minces isolés entre eux et clavetés sur l'arbre du rotor afin de canaliser et de faciliter le passage du flux magnétique. D'une cage d'écureuil en aluminium coulé dont les barreaux sont de forme trapézoïdale pour les moteurs asynchrones standards et fermés latéralement par deux "flasques" conductrices.

Figure 32 : Le rotor du moteur

5.3 Présentation du moteur choisi : Notre fournisseur agréé qui est ZIEHL-ABEG, c’est fournisseur allemand leader dans le domaine de la motorisation, ventilation, variation et contrôle de puissance électrique…. Et qui tous ses produits sont dotés de la certification européen EC qui garantit la qualité de leur produit, et c’est une certification reconnue au Maroc.

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Dans le cadre du choix de notre motorisation notre fournisseur ZIEHL-ABEG nous prose plusieurs références qui répondent à notre besoin dont on doit choisir celle qui vérifie le mieux nos exigences et nos contraintes. Le graphe suivant montre les différentes références et leurs caractéristiques :

Figure 34 : Référence et caractéristiques du moteur

Nous pour notre installation nous avons opté pour une traction direct c.à.d. une suspension1 :1, car on n’avait pas la possibilité de faire notre montage à l’aide d’un mouflage qui est la suspension2 :1 malgré les divers avantages que cela présent et cela vu que notre ascenseur procède un double axes en L. De plus qu’on précédemment opter pour une motorisation asynchrone de traction gearless d’une charge nominal égale à 630Kg cela d’une part. D’autre part, et dans le chapitre dédié au dimensionnement de notre ascenseur nous avons mentionné que la vitesse nominale maximale de notre appareil sera de 1m/s, afin de donne l’opportunité a nos passagers de bénéficier du paysage en vue. Cela explique parfaitement le choix de la référence ZAS0 No IV qui vérifie nos besoins.

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Tableau 6 : Caractéristiques du moteur choisi

Notre fournisseur ZIEHL-ABEG offre deux types de la référence choisie qui est ZAS No IV une adopter pour les installations avec local machinerie (WRM), et l’autre pour les installations tel que la nôtre sans local machinerie (MRL). ET nous fait arriver aux choix final de notre motorisation.

Figure 35 : Moteur choisi

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5.3.1 Récapitulatif des caractéristiques de nôtre motorisation : Moteur à traction directe (Gearless), asynchrone triphasé Marque : ZIEHL-ABEG Type : ZAS0 No IV Spécifications : ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Suspension : 1/1. Charge nominale : 630kgs. Vitesse de rotation : 1309.5 tr/min. Vitesse linéaire de la cabine : 1m/s. Couple nominal : 456Nm. Poids moteur : 220 Kg. Puissance nominale 6.7 KW. Voltage : 290 VAC, triphasé. Nombre de pôles : 4. Courant nominal : 17A. Voltage du frein : 110 VDC. Diamètre de la poulie de traction : 520mm. Nombre x Diamètre des câbles de traction : 4 x 11 mm. ROULEMENTS : Graissés à vie.

Figure 36 : Moteur à traction direct Gearless

5.3.2 Avantages : • • • • • • • • •

Vitesse optimisée par le variateur de fréquence. Compacité du système. Pas de cabanon technique nécessaire pour les ascenseurs. Précision dans les déplacements et sur la régulation de vitesse. Pertes mécaniques réduites. Efficacité énergétique intéressante. Pas de lubricant. Faible niveau de bruit. Poids réduit.

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5.3.3 Inconvénients : • •

La compacité peut entraîner des difficultés de maintenance. Difficulté d'intervention dans la cage d'ascenseur.

6 Choix du variateur de fréquence : A l'heure actuelle, concevoir un nouveau projet d'ascenseur sans prévoir leur commande et leur régulation de vitesse par un variateur électronique de fréquence, ruine tout espoir de gestion énergétique efficace et d'optimisation du confort des utilisateurs Jusqu'il y a peu, le dimensionnement du variateur de fréquence par rapport au moteur électrique était très délicat. En effet, dans le cas des ascenseurs dont la charge varie continuellement presque à chaque démarrage, les fonctions telles que les compensations de démarrage (adaptation de la tension) et de glissement (charge variable) était peu maîtrisées. Aujourd'hui, ces fonctions de compensations sont automatiquement adaptées en temps réel en mesurant les paramètres de fréquence, de tension et de courant alimentant le moteur.

7 Schémas électriques de raccordement du variateur de fréquence au moteur : Les variateurs de fréquence électroniques sont composés de deux modules généralement regroupés dans une même enveloppe : -

Un module de contrôle qui gère le fonctionnement de l’appareil, Un module de puissance qui alimente le moteur en énergie électrique.

Figure 37 : Structure générale d’un variateur de vitesse électronique

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7.1 Schéma électrique de la partie puissance : Le raccordement du moteur au variateur de fréquence se fait directement (sans relais thermique) la fonction de protection thermique du moteur est souvent incluse dans le convertisseur. Pour les cas délicats il est nécessaire de contrôler la température directement dans les enroulements moteurs. Des sondes CTP ou autres sont logées dans ces enroulements et reliées au variateur (bornes 4-9 voir schéma simplifie) qui contrôle donc en permanence la température moteur et peut, en cas d’échauffement anormal, couper son alimentation pour le laisser refroidir et prévenir l’environnement du défaut (bornes 1-2-3 voir schéma simplifie).

L’ensemble convertisseur/moteur doit être relié sur le réseau par l’intermédiaire d’un dispositif de sectionnement (sectionneur + fusibles, disjoncteur magnétothermique…) incluant ou non les protections contre les courts-circuits (fusibles type Gl ou disjoncteur courbe C) permettant toute intervention sur l’installation. Il est aussi quelque fois indispensable de prévoir un dispositif de commande (contacteur) pour assurer un arrêt certain que l’électronique ne garantit pas seule.

Figure 38 : Schéma électrique de la partie puissance

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7.2 Schéma électrique de la partie de commande :

Le schéma de commande de notre variateur VF20BR NXS Smart MRL est suivant :

Figure 39 : Le schéma de commande du variateur VF20BR NXS Smart MRL

Et afin de mieux cerner le fonctionnement de notre variateur on opte pour un schéma simplifiée de commande et de puissance permettant de voir les différentes commandes de notre variateur et leur principe de fonctionnement.

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Figure 40 : Schéma simplifie de circuit de commande et de puissance du variateur

La référence fréquence est donnée par une tension appliquée entre les bornes 4 (-) et 5 (+) comprise entre 0 et 10 V DC. Il en serait de même pour une référence couple entre les bornes 4 (-) et 7 (+). L’entrée codeur permet d’avoir un retour vitesse par l’intermédiaire d’un codeur incrémental (16 impulsions par pôle machinent) pour un mode de fonctionnement avec régulation de vitesse.

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Chapitre 2 | Etude & sélection de la solution En l’absence de défaut externe (bornes 11-12 reliées) le système démarre en avant (bornes 1115 reliées) ou en arrière (bornes 11-17 reliées) grâce à la fermeture de KA1 (enclenché par SB2 et auto maintenu si SB3 est en position normal) enclenchant la fermeture de KM1. La montée en vitesse se fait suivant une rampe programmée. En cas de demande d’arrêt (appui sur SB1) KA1 est aussitôt dés alimenté mais un contact temporisé au repos de KA1 laisse au variateur le temps de ralentir suivant une rampe programmée. Ce système est doublé d’un contact de contrôle du variateur s’ouvrant lorsque la fréquence de sortie est au-dessous d’un seuil programmé (Z1-Z2). Pour un fonctionnement impulsionnel le variateur doit être informé (bornes 11-A12 reliées). SB3 est en position impulsion, il n’y a donc pas d’auto maintien possible sur KA1. Le fonctionnement est en tout point identique à ce qui a été dit aux deux chapitres précédents mais sans auto maintien. On notera la présence des deux fusible type Am (Fu5 et Fu6 un par phase) de protection contre les court circuits phase-phase et phase-terre en amont du transformateur Tc. On remarque également la présence d’un pôle de pré coupure toujours en amont du transformateur Tc. Ce transformateur Tc, avec écran d’antiparasitage relié à la terre, reforme un régime de neutre TT grâce à la liaison d’une de ces bornes de sortie à la terre. Il est lui-même protégé par un fusible (Fu7) de type Gl. En cas de manœuvre de Qs en charge ou d’arrêt d’urgence (AU) le variateur est immédiatement mis hors tension et l’arrêt du moteur est libre.

8 Conclusion L’ascenseur choisi, le moteur et le variateur dimensionné, nous pouvons dès à présent entamer la dernière phase de ce projet de fin d’étude à savoir la mise en place et l’installation de l’ascenseur panoramique à traction Gearless à l’Hôtel AZUR.

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Bibliographie

Manuel de programmation du variateur de frequence VACON 20BR. Vacon 20 Convertisseurs de fréquence guide rapide. Manuel Vacon Driven by drives. Dossier technique de l’ascenseur Shindler 3300. Guide DGUHC securite des ascenseur. Vacon 20 brochure BC00200E. Manuel montage NXS Smart MRL INVENTIO AG.

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Webographie

http://www.mmsp.gov.ma/uploads/appelsoffre/cps_022009.pdf http://www.fmpcisme.org/fmppdf/792/ficheresume.pdf http://www.schindler.com/content/ma/internet/fr/solutionsmobilite/produits/ascenseurs/schindler3100/_jcr_content/rightPar/downloadlist/downloadList/261_1349888267111.download.asset. 261_1349888267111/3100.pdf http://www.schindler.com/content/ma/internet/fr/solutionsmobilite/produits/ascenseurs/_jcr_content/rightPar/downloadlist/downloadList/37_133700659 2316.download.asset.37_1337006592316/sch%C3%A9ma%20ascenseur.pdf https://www.youtube.com/watch?v=kt3uvxzD0hg https://www.youtube.com/watch?v=_Zs36ahJS2Y http://www.otis.com/site/fr/OT_DL_Documents/OT_DL_SiteDocuments/flash_SAE/otis_sae. html

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