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Electricite industrielle support de cours

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Sommaire

Pages

Avant-propos       Chapitre 1 : Introduction aux installations industrielles       01

  I.  Constitution des installations

01

      I.1.   Circuit de commande

01

      I.2.   Circuit de puissance

01

  II.  Les appareils de commande, de signalisation et de protection

01

      II.1.  Disjoncteur

02

      II.2.  Sectionneur

02

      II.3.  Interrupteur sectionneur

02

      II.4.  Fusible

02

      II.5.  Relais thermique

03

      II.6.  Le contacteur

03

      II.7.  Capteur de fin de course

04

      II.8.  Bloc auxiliaire temporisé

04

      II.9.  Bloc de contacts auxiliaires

05

      II.10.  Contacteur auxiliaire

06

      II.11.  Lampes de signalisations

06

  III.  Les moteurs asynchrones triphasés 06       III.1. Principe de fonctionnement       06       III.2.  Détermination du couplage   08

      III.3.  Couplages des enroulements sur plaque à bornes

08

 

Chapitre 2 : Procédés de démarrage des moteurs

 

09

 

 

  I.  Problème de démarrage des moteurs asynchrones

09

  II.  Démarrage direct

09

      II.1.  Principe

09

      II.2.  Démarrage semi-automatique à un seul sens de marche

09

      II.3.  Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche        

10

      II.4.  Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course

11

      II.5.  Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course et inversion de sens de rotation

12

  III.  Limitation du courant de démarrage

12

  IV.  Démarrage étoile-triangle

13

      IV.1.  Principe

13

      IV.2.  Démarrage étoile-triangle semi-automatique à un sens de marche

13

      IV.3.  Démarrage étoile-triangle semi-automatique à deux sens de marche

15

  V.  Démarrage par élimination de résistances statoriques

16

      V.1   Démarrage par élimination de résistances statoriques à un seul sens de marche

16

      V.2.  Démarrage par élimination de résistances statoriques à deux sens de marche

17

  VI.  Démarrage par élimination de résistances rotoriques                

18

      VI.1.  Principe                 

18

VI.2.  Démarrage par élimination de résistances rotoriques à un seul sens de marche                          19

 

      VI.3.  Démarrage par élimination de résistances rotoriques, deux sens de marche                                20

  VII. Démarreurs électroniques                                                                                   21

 

VII.1.  Fonction                                                                                                                                       21

 

VII.2.  Exemple (démarreur de type ATS)                                                                                             21

      IV.4.  Schémas des circuits de puissance et de commande

26

Chapitre 4 : Variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones

27

Principe de la variation de vitesse

27

Chapitre 3: Freinage des moteurs asynchrones                                                          22

  I.  Introduction

22

  II.  Utilisation d’un moteur Frein : Action sur le rotor

22

      II.1.  Principe

22

      II.2.  Schémas des circuits de puissance et de commande

23

  III.  Freinage par contre courant: Action sur le stator

24

      III.1.  Principe

24

      III.2.  Remarques

24

      III.3.  Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur en court-circuit

24

      III.4.  Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur à bagues

25

  IV.  Freinage par injection de courant continu

26

      IV.1.  Principe

26

      IV.2.  Remarque

26

      IV.3.  Critique                                                                                                                                         26

 

  II.  Principe de la variation de fréquence                                                                  28

 

III.  Fonctionnalités des variateurs          29   IV.  Ensemble moteur-variateur         29

  V.  Choix d’un variateur

30

  VI.  Mise en œuvre d’un variateur

31

  VII. Applications 

31

      VII.1 Introduction

31

      VII.2 Exemples d’applications simples

32

BIBLIOGRAPHIE

   Sites utiles                                                                                                                 

Avant-propos

   Ce support de cours s’adresse aux étudiants des I.S.E.T. du niveau L2 - Semestre 2 du département Génie électrique 

   Il a pour but :

•   d’initier les étudiants aux notions de base des installations industrielles (Appareillage, circuit de commande, circuit de puissance,…), 

•   de les familiariser à la lecture d’un schéma d’une installation industrielle et,

•   de faire l’analyse et la synthèse d’une application industrielle sur le sujet (commande d’un moteur, variateurs de vitesse,…). 

   Ce support de cours s’articule sur les quatre chapitres suivants :

Ø Chapitre 1 : Introduction aux installations industrielles

Ø Chapitre 2 : Procédés de démarrage des moteurs

Ø Chapitre 3 : Freinage des moteurs asynchrones

Ø Chapitre 4 : Variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones.


Chapitre 1 :                     Introduction aux installations industrielles

I. Constitution des installations

  Les installations industrielles des automatismes sont constituées de deux parties distinctes appelées : circuit de commande et circuit de puissance.

I.1. Circuit de commande 

  Il comporte l’appareillage nécessaire à la commande des récepteurs de puissance. On trouve :

•   La source d’alimentation

•   Un appareil d’isolement (sectionneur).

•   Une protection du circuit (fusible, disjoncteur).

•   Un appareil de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur physique).

•   Organes de commande (bobine du contacteur).

  La source d’alimentation et l’appareillage du circuit de commande ne sont pas nécessairement celle du circuit de puissance, elle dépend des caractéristiques de la bobine.

I.2. Circuit de puissance

  Il comporte l’appareillage nécessaire aux fonctionnements des récepteurs de puissance suivant un automatisme bien défini.

On trouve :

•   Une source de puissance (généralement réseau triphasé)

•   Un appareil d’isolement (sectionneur).

•   Une protection du circuit (fusible, relais de protection).

•   Appareils de commande (les contacts de puissance du contacteur).

•   Des récepteurs de puissances (moteurs).

        II.     Les appareils de commande, de signalisation et de protection

II.1. Disjoncteur 

  C’est un appareil de protection qui comporte deux relais, relais magnétique qui protège contre les courts-circuits et un relais thermique qui protège contre les surcharges.

Disjoncteurs Symbole

II.2. Sectionneur

  Sa fonction : Assurer le sectionnement (séparation du réseau) au départ des équipements. Dans la plupart des cas il comporte des fusibles de protection.

Sectionneur fusible                     Symboles : en circuit de puissance et en circuit de commande

  Le pouvoir de coupure est le courant maximal qu’un appareil de sectionnement peut interrompre sans aucun endommagement.

  Le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure, il doit être manipulé à vide.

II.3. Interrupteur sectionneur

Interrupteur sectionneur Symbole   L’interrupteur sectionneur a un pouvoir de coupure, peut être manipulé en charge.

II.4. Fusible

  C’est élément comportant un fil conducteur, grâce à sa fusion, il interrompe le circuit électrique lorsqu’il est soumis à une intensité du courant qui dépasse la valeur maximale supportée par le fil. 

        Cartouche fusible cylindrique et à couteaux                                                     Symbole

    Il existe plusieurs types de fusibles :

ü  gF : fusible à usage domestique, il assure la protection contre les surcharges et les courts-circuits.

ü  gG : fusible à usage industriel. Protège contre les faibles et fortes surcharges et les courts-circuits.   

Utilisation : éclairage, four, ligne d’alimentation, …

ü  aM : cartouche à usage industriel, pour l’accompagnement moteur, commence à réagir à partir de 4?In (In est le courant prescrit sur le fusible), protège uniquement contre les courts-circuits.

Utilisation : Moteurs, transformateurs, …

II.5. Relais thermique

  Le relais de protection thermique protège le moteur contre les surcharges.

  Réglage du courant

Test contact (95-96)

Annulation défaut

                   Relais thermique Symbole

II.6. Le contacteur

  Le contacteur est un appareil de commande capable d'établir ou d'interrompre le passage de l'énergie électrique. Il assure la fonction COMMUTATION.

  En Technologie des Systèmes Automatisées ce composant est appelé Préactionneur puisqu'il se trouve avant l'actionneur dans la chaîne des énergies.

Contacteur                                                                  Contacts de puissances

Symbole 

II.7. Capteur de fin de course 

  Les interrupteurs de position mécanique ou capteur de fin de course coupent ou établissent un circuit lorsqu’ils sont actionnés par un mobile

                 Interrupteur de position                                                                 Symbole

II.8. Bloc auxiliaire temporisé

Les blocs auxiliaires temporisés servent à retarder l'action d'un contacteur (lors de sa mise sous tension ou lors de son arrêt)

        Bloc auxiliaire temporisé                                                     Symboles

II.9. Bloc de contacts auxiliaires

  Le bloc de contact auxiliaire est un appareil mécanique de connexion qui s’adapte sur les contacteurs.

Il permet d’ajouter de 2 à 4 contacts supplémentaires au contacteur.  Les contacts sont prévus pour être utilisés dans la partie commande des circuits. Ils ont la même désignation et repérage dans les schémas que le contacteur sur lequel ils sont installés (KA, KM ).

  2 CONTACTS

 

   4 CONTACTS

                  Bloc de contacts auxiliaires                                                          Symbole 

II.10. Contacteur auxiliaire

  Il ne comporte que des contacts de commandes.

Contacteur auxiliaire                                                                    Symbole

II.11. Lampes de signalisations

  Signalisation visuelle du fonctionnement normal du système, ou défauts.

Lampe de signalisation                                                                  Symbole

III.   Les moteurs asynchrones triphasés

III.1. Principe de fonctionnement

  Si l’on entraîne un aimant permanent (N S) en rotation autour de l’axe X  Y (figure1), on constate qu’un disque de cuivre, monté libre en rotation sur le même axe, est entraîné en rotation par l’aimant mais tourne un peu moins vite que ce dernier.

Figure 1  

 Explication :

  Le champ magnétique tournant, produit par l’aimant en rotation, induit dans le disque conducteur en cuivre des courants de Foucault. Ceux-ci d’après la loi de Lenz doivent s’opposer à la cause qui leur a donné naissance. Comme les courants induits ne peuvent empêcher la rotation de l’aimant, ils entraînent le disque en rotation, ce qui diminue le déplacement relatif du champ , mais, en aucun cas, le disque ne peut atteindre la vitesse du champ sinon il y aurait suppression du phénomène qui est à l’origine des courants induits. 

Création d’un champ tournant en triphasé (figure 2)

  Si on alimente 3 bobines identiques placées à 120° par une tension alternative triphasée :

•    Une aiguille aimantée, placée au centre, est entraînée en rotation ; il y a donc bien création d’un champ tournant.

•    Un disque métallique en aluminium ou en cuivre est entraîné dans le même sens que l’aiguille aimantée.

•    En inversant deux des trois fils de l’alimentation triphasée, l’aiguille, ou le disque tourne en sens inverse.

Figure2

  Ce principe est appliqué au moteur asynchrone en remplaçant la partie tournante par élément cylindrique appelé rotor qui comporte un bobinage triphasé accessible par trois bagues et trois balais, ou une cage d’écureuil non accessible, à base de barres en aluminium.   Dans les deux cas, le circuit rotorique doit être mis en court-circuit

Rotor bobiné

                        Rotor à cage d’écureuil

III.2. Détermination du couplage 

  A partir de les indications données par la plaque signalétique et le réseau d’alimentation l’utilisateur doit coupler adéquatement les enroulements du stator soit en triangle soit en étoile.

Plaque signalétique

Ø  Si la plus petite tension de la plaque signalétique du moteur correspond à la tension entre phases du réseau on adopte le couplage  ?.

Ø  Si la plus grande tension de la plaque signalétique du moteur correspond à la tension entre phase du réseau on adopte le couplage Y.

Réseau d’alimentation

Plaque signalétique

Couplage

230V

400V

230V

400V

Y

230V

400V

400V

690V

?

Tension simple

Tension composée

Tension d’un enroulement

Tension entre deux enroulements

 

III.3. Couplages des enroulements sur plaque à bornes

  On utilise des barrettes pour assurer le couplage choisi des enroulements sur la plaque à bornes du moteur. 

            Enroulements Alimentation triphasée            Alimentation triphasée

 

Plaque à bornes                               couplage étoile                      couplage triangle

 Chapitre 2 :                             Procédés de démarrage des moteurs

I. Problème de démarrage des moteurs asynchrones

  Le branchement du moteur au réseau électrique peut se réaliser par :

Ø  Démarrage direct : Si le courant de démarrage n’entraîne pas la détérioration des enroulements du moteur ou l’installation accompagnant. Utilisé pour les moteurs faibles puissances.

Ø  Utilisation d’un procédé de démarrage s’il y a risque de détérioration des enroulements du moteur ou l’installation accompagnant. II.Démarrage direct

II.1.  Principe

  Dans ce procédé de démarrage, le moteur asynchrone est branché directement au réseau d’alimentation le démarrage s’effectue en un seul temps. Le courant de démarrage peut atteindre 4 à 8 fois le courant nominal du moteur. Le couple de décollage est important, peut atteindre 1,5 fois le couple nominale.

II.2.  Démarrage semi-automatique à un seul sens de marche

  On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans un sens de marche avec un bouton poussoir S1 et l’arrêter par l’arrêter avec un bouton poussoir S0. II.2.1. Circuit de puissance

                               L1    L2     L3

                 Q1

               KM1

                 F1

L1, L2, L3 : alimentation triphasée

Q1 : sectionneur fusible

KM1 : contacteur principal 1

F1 : relais thermique

M : moteur triphasé

U1      V1              W1

II.2.2. Circuit de commande

                                               L1

Q1 

F1

                                                                S0

S1                                KM1   

KM1

                                               N

II.3. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche

  On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans deux sens de rotation, par un bouton poussoir S1 pour le sens 1, par un bouton poussoir S2 pour le sens 2 et un bouton poussoir S0 pour l’arrêt.

II.3.1.   Circuit de puissance

                           L1    L2     L3

KM1 : contacteur sens 1

KM2 : contacteur sens 2

               Q1

                 F1

II.3.2.   Circuit de commande

F1 

                                                   S0

KM1                                             KM2

II.4. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course

  On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans deux sens de rotation par l’action de deux boutons poussoirs, S1 pour le sens 1, S2 pour le sens 2. Chaque sens est arrêté par une butée de fin de course, respectivement S3 pour le sens 1 et S4 pour le sens 2. Un bouton poussoir S0 arrête le moteur à n’importe quel instant.

II.4.1.   Circuit de puissance : Même circuit de puissance qu’en (II.3.1)

II.4.2.   Circuit de commande

                                            F1

                                            S0 

KM1                                              KM2  II.5. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course et inversion de sens de rotation

 Dans ce cas de démarrage, la butée S3 ou S4, une fois actionnée, elle change le sens de marche du moteur.

II.5.1.   Circuit de puissance : Même circuit de puissance qu’en (II.3.1)

II.5.2.   Circuit de commande

Q1

F1

S0

S3                                                  S4 

KM1                                             KM2

III.  Limitation du courant de démarrage

  Contrairement au démarrage direct, le démarrage des moteurs moyennes et fortes puissances nécessite l’utilisation de procédés de limitation de courant de démarrage tout en maintenant les performances mécaniques de l’ensemble « moteur-machine entraînée ». Il existe deux types d’actions :

Ø Action sur le stator : Consiste à réduire la tension aux bornes des enroulements statoriques.

On peut réaliser le démarrage par:

•    Couplage étoile-triangle,

•    Elimination des résistances statoriques,  ?Utilisation d’un auto-transformateur. 

  Ce type d’action est utilisé pour les moteurs moyennes puissances.  

Ø Action sur le rotor : Consiste à augmenter la résistance rotorique au démarrage.

 On peut réaliser le démarrage par:

•    Elimination des résistances rotoriques,

•    Utilisation des moteurs à cages multiples …

  Ce procédé de démarrage est accompagné en plus de la réduction du courant de démarrage, d’une augmentation du couple de démarrage. 

Ce type de démarrage est utilisé pour les moteurs fortes puissances.

IV. Démarrage étoile-triangle

IV.1. Principe

  Le démarrage s’effectue en deux temps :

•    1er temps : chaque enroulement du stator est alimenté sous une tension réduite en utilisant le couplage Y. Il est le temps nécessaire pour que la vitesse du moteur atteigne environ 80% de sa vitesse nominale.

•    2ème temps : chaque enroulement du stator est alimenté par sa tension nominale changeant le couplage au triangle.

1er temps : couplage Y

2ème temps : couplage ?

                                                         L1

V                                      U 

                                     L2

                                                         L3

U  : tension composée du réseau

V  : tension simple du réseau

                                                        L1

                            L2 L3 

Ce type de démarrage est utilisé pour les moteurs à couplage ? lors de leur fonctionnement normal.

        Exemple :             

                                   Un moteur 400V/690V sur un réseau 230V/400V

IV.2. Démarrage étoile-triangle semi-automatique à un sens de marche

  On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé en étoile-triangle dans un sens de rotation par un bouton poussoir S1 et arrêter par un bouton poussoir S0.

IV.2.1.  Circuit de puissance

                                      L1    L2    L3

 

IV.2.2.  Circuit de commande Solution1 :

                      Q1

S1

KM1

KM1                          KM3                          KM2 Solution2:   En utilisant un contacteur auxiliaire (KA1)

   Q1

                           F1

KM1                          KM3                          KM2 KA1                 

    KA1: contacteur auxiliaire qui possède un contact temporisé retardé à l’ouverture.

IV.3. Démarrage étoile-triangle semi-automatique à deux sens de marche IV.3.1. Circuit de puissance

KM4                                                KM3 IV.3.2. Circuit de commande

Q1

KM1                           KM2 KM3                   KM4          KA1

V. Démarrage par élimination de résistances statoriques

V.1. Démarrage par élimination de résistances statoriques à un seul sens de marche

V.1.1. Circuit de puissance

                       L1    L2    L3

KM1 : contacteur « ligne »

KM2 : contacteur de court- circuit des résistances (Ru,Rv,Rw).

            Q1

          KM1

              F1

V.1.2. Circuit de commande

                           Q1

                           F1

KM1                           KA1                           KM2

V.2. Démarrage par élimination de résistances statoriques à deux sens de marche

V.2.1. Circuit de puissance

                   L1    L2     L3

KM1 : contacteur « sens1 »

KM2 : contacteur « sens2»

KM3 : contacteur de court- circuit des résistances (Ru,Rv,Rw).

       Q1

      KM1    KM2

          F1

V.2.2. Circuit de commande

Q1

                     F1

S0 KM1                                 KM2

                    S1                KM1 S2                KM2                                                 KA1

KM1                           KM2 KA1                    KM3

VI. Démarrage par élimination de résistances rotoriques

VI.1. Principe

  Ce type de démarrage est utilisé pour les moteurs à rotor bobiné dont les enroulements sont couplés en Y, et les trois sorties sont soudés à des bagues fixées sur l’arbre du moteur auxquels on peut insérer des résistances à l’aide de balais frotteurs. 

  Ce démarrage consiste à alimenter le stator du moteur par la tension nominale et éliminer les résistances rotoriques en plusieurs temps (3 temps au minimum).

1er temps :  On insère la totalité des résistances dans les enroulements du rotor.

2ème temps : On diminue la résistance du circuit rotor en éliminant une partie des résistances insérées.

3ème temps : On élimine toutes les résistances rotoriques en court-circuitant les enroulements du rotor.

L1 L2 L3          L1 L2 L3                      L1 L2 L3

M                      M                                  M

3  3   3   

3ème temps

                                                                                  2

1er temps

VI.2. Démarrage par élimination de résistances rotoriques à un seul sens de marche

VI.2.1. Circuit de puissance

F1  

R1

R2

VI.2.2. Circuit de commande Solution 1 :

Q1

                                          F1

KM3                 

                      KM1 KM2                      KM3

Solution 2 :

Q1

                                        F1

KM3                 

KM1             KA1              KM2            KA2            KM3

VI.3. Démarrage par élimination de résistances rotoriques, deux sens de marche (démarrage en deux temps)

F1 

R1

VI.3.2. Circuit de commande

Q1

                           F1

KM1                         KM2 KA1                            KM3      

VII.  Démarreurs électroniques

VII.1. Fonction

Permettre le démarrage et éventuellement la variation de vitesse du moteur tout en le protégeant    contre toute surintensité et emballement.

VII.2. Exemple (démarreur de type ATS)

 Chapitre 3                                       Freinage des moteurs asynchrones

I.  Introduction 

  Il existe plusieurs procédés de freinage pour moteurs asynchrones; il faut distinguer :

?    Le freinage avec arrêt immédiat obtenu à l'aide de moteurs spéciaux (moteur frein), ?       Le freinage par ralentissement applicable à tous les types de moteurs asynchrones.

II.  Utilisation d’un moteur Frein : Action sur le rotor

II.1 Principe

  Ce sont des moteurs comportant un dispositif de freinage mécanique (mâchoires, disques, etc.) commandé par un électro-aimant. Il en existe deux types :

A appel de courant : nécessite une alimentation électrique indépendante de celle du moteur. A manque de courant : le frein est actionné mécaniquement (système de ressorts au repos), il est souvent utilisé pour des raisons de sécurité : lorsque le moteur n’est pas alimenté ( arrêt normal ou arrêt d’urgence) le freinage est réalisé.

  L’électroaimant est alimenté en triphasé, branché en parallèle sur les enroulements statoriques.

U1   V1     W1

                Symbole Plaque à bornes

Remarque :

  On obtient avec ce dispositif un freinage brutal avec un maintien en position (blocage).

Il existe des moteurs frein avec un électroaimant alimenté en courant redressé par l’intermédiaire d’un pont de diodes. 

II.2. Schémas des circuits de puissance et de commande

Circuit de puissance Circuit de commande                             

Moteur frein à manque de courant

             L1    L2   L3

L1

   Q1                                                                                                                   Q1

F1

 KM1                                                                                                                          

S0

   F1

  S1                             KM1       

                  U1 V1            W1                    KM1                                                     

N

M

Moteur frein à appel de courant              L1 L2   L3

L1

   Q1                                                                                                    Q1

F1

                                                                         F2 S0 

 KM1   KM2 KM1          S1

F1                                                                                                                 

S2                                         KM2 

                 U1       V1 W1                   

KM2                             KM1                

M

        3 

N                    KM1                        KM2


III.  Freinage par contre courant: Action sur le stator

III.1. Principe

   Après avoir coupé l’alimentation, pour arrêter plus rapidement le rotor, on inverse 2 phases pour   l’inversion du champ tournant donc ralentissement du rotor.

                                                   L1   L2                                                    L3      L1   L2   L3

 Fonctionnement normal                                                                                            Freinage

                                                    M M

                                                      3                                                             3     

III.2. Remarques

-   C’est un mode de freinage très efficace. Le ralentissement est violent.                                                      

-   Ce freinage doit être interrompu dès l’arrêt du rotor sinon risque de redémarrer dans le sens inverse.    

-   Il n’y a pas de blocage. 

III.3. Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur en court-circuit

        L1    L2   L3

L1

                                                                                                      Q1

Q1

F1

RF                          S0 

  KM1                                                             KM2 S2                                                       KM1          

    F1 S1                   KM1    n>0        S4          

U1       V1            W1                   

KM2                                             KM1                

                     M

        3 

N                    KM1                            KM2

    RF : groupe de résistances de freinage                            S4 : se ferme lorsque le moteur se met permettant de limiter le courant de freinage                   en rotation (n>0) et s’ouvre pour n = 0.

III.4. Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur à bagues

      Tout comme pour le démarrage, les résistances rotoriques sont mises  en service, durant le freinage, afin de limiter le courant absorbé par le moteur.

III.4.1. Schéma de principe

L1  L2  L3                L1 L2  L3                L1  L2  L3                                        L1  L2 L3                                                   

 

Démarrage Freinage

III.4.2. Schémas des circuits de puissance et de commande

L1    L2    L3

Q1 Q1

F1                                                                                  

  KM1                                  KM2

S0

F1      KM2           S2

  M               n>0 S4 S1         KM1 KA1             

 3

KM1                    KM2   RFKM3

KM2          KM1              KA1        KM3

IV. Freinage par injection de courant continu

IV.1. Principe

        On déconnecte les enroulements du stator, puis on les alimente avec une source de tension redressée.

  Le champ tournant est remplacé ainsi par un champ fixe (créé par la source de tension redressée) qui provoque le ralentissement du rotor. 

IV.2. Remarque

-  Il n’ya toujours pas de blocage.

-  Le courant de freinage est de l’ordre de 1,3 In. La valeur moyenne de la tension redressée dépasse

rarement 20V pour ne pas provoquer d’échauffement excessif.

-  Les résistances rotoriques sont remises en service.

IV.3.  Critique 

      Avantage : pas de risque de démarrage dans l’autre sens.

      Inconvénient : il faut couper le courant dans le stator pour éviter l’échauffement.

IV.4.  Schémas des circuits de puissance et de commande 

S0

F1                   KM3                S2

KM2S1       KM1  KA1               

KM3

    KM1                                KM2  

  M

         3 

KM4

  RF

 Chapitre 4 :                  Variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones

 

I.  Principe de la variation de vitesse

NS = f /p

  La vitesse de synchronisme d’un moteur asynchrone triphasé est fonction de la fréquence (alimentation) et du nombre de paires de pôles :            

  Pour un moteur tétrapolaire à 50 Hz : NS = 50 / 2 = 25 tr/s   soit  1500 tr/mn

  Le moteur aura une vitesse de rotation inférieure à NS . Pour exprimer l’écart entre vitesse de synchronisme et vitesse rotor, on définit le glissement :

g = (NS – N) / NS                         g est voisin de 5%

  Pour varier la vitesse du moteur asynchrone, on pourra faire varier la fréquence des courants d’alimentation.

  Les caractéristiques mécaniques Couple-vitesse du moteur asynchrone à rapport U/f constant et pour différentes fréquences sont données ci-après :

25 Hz                    50 Hz      62,5 Hz            N

II.  Principe de la variation de fréquence  

   Pour faire varier la fréquence et la valeur efficace entre phases de la tension, on utilise la procédure suivante:

  L’onduleur découpe la tension continue intermédiaire suivant le principe MLI (Modulation de Largeur d’Impulsions) de façon à ce que le courant moteur soit quasi sinusoïdal.

 

           Cette technique assure une rotation des moteurs régulières et sans à-coups, même à basse vitesse.    Avec  les variateurs de dernière génération, on peut fonctionner dans des gammes de fréquence  (si le moteur et la charge le permettent…) de 0,1Hz à 500Hz.

 III.  Fonctionnalités des variateurs

  Pour sélectionner le variateur à utiliser en fonction de l’application, il faudra prendre en compte un certain nombre de paramètres :

Ø   Nombre de quadrants de fonctionnement,

Ø   Gamme de fréquence (directement liée à la gamme de vitesse),

Ø   Possibilité de fonctionner en boucle fermée par utilisation d’une dynamo tachymètrique.

Quadrants couple-vitesse

  C

2                    1

et 3 : quadrants moteur

et 4 : quadrants génératrice

N 3                    4

  Exemple d’application mono quadrant : Un convoyeur avec un seul sens de translation.

  Exemple d’application 4 quadrants : Une application de positionnement dans les 2 sens de rotation nécessitant un contrôle dynamique des décélérations et des accélérations.

IV.  Ensemble moteur-variateur

  On commence par dimensionner le moteur en tenant compte d’un éventuel déclassement.

 

 

1        :  moteur auto-ventilé, standard en régime permanent.

2        :  moteur moto-ventilé en régime  permanent.

3        :  régime transitoire, accélération.

4        :  régime de survitesse. 

Exemple:

  Soit un Moteur standard, auto-ventilé tétrapolaire entrainant une charge de couple résistant 10 Nm.

Si on le fait fonctionner jusqu'à 75 Hz, le coefficient C/Cn vaut environ 0,6.

  Le couple nominal du moteur est donc:

Cn = 10 / 0,6 = 16,7 Nm.  

  Soit une puissance utile voisine de :

                                       Pu = 16,7. ? . 1500 / 30 = 2,6 kW.

Remarque :

  En survitesse la tension ne peut plus évoluer avec la fréquence, le couple chute rapidement

De plus il faut vérifier que le moteur peut fonctionner en survitesse.

V.  Choix d’un variateur 

  On choisit la gamme de variateurs suivant les fonctionnalités recherchées, par exemple l’ALTIVAR ATV61 permettra de fonctionner dans les 4 quadrants, avec des fonctions de dialogue évoluées et une  protection thermique intégrée.

Le choix du variateur se fait principalement en fonction de la tension réseau et de la puissance (utile) du moteur.

VI. Mise en œuvre d’un variateur

 

Consigne de vitesse par potentiomètre ou signal analogique.

VII. Applications 

VII.1 Introduction

On se propose de mettre en œuvre un variateur de vitesse (ATV32 de Schneider) pour des applications simples. 

Remarque

Schneider livre les variateurs pré-paramétrés de façon identique. Ce jeu de paramètre est appelé ‘Réglage usine’. Il est possible de retourner au réglage usine à tout moment :

    Menu : 1.3 CONFIGURATION (CONF)   Réglages usine (FCS)   Config .source (FCSI) = Macro-config (InI)

 Groupes paramètres (FrY) = Tous (ALL)

 Retour aux réglages usine (GFS)  = OUI (Yes) (le paramètre repasse à No à la fin)

     VII.2  Exemples d’applications simples

VII.2.1 Faire tourner le moteur en avant ou en arrière  a- Câblage

-   Relier la borne AI1 (consigne analogique) à la borne 10V.

-   Relier la borne LI1 à la borne +24V.

b- Fonctionnement

Marche avant : 

  Dès que LI1 sera reliée, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et lui faire atteindre la vitesse écrite dans le paramètre HSP (High Speed) soit : 50 Hz ~ 1500 tr/mn pour un moteur classique.

Quelque soit le sens, le variateur respectera les rampes d’accélération et de décélération des paramètres ACC et DEC préalablement réglées.

Pour diminuer ou augmenter la vitesse, les rampes d’accélération et de décélération

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-) =>  modifier les paramètres :                  

Petite vitesse (LSP), Grande vitesse (HSP),  Accélération (ACC),  Décélération (DEC).

Exemple pour le paramètre HSP :

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-) =>  Grande vitesse (HSP) = (si la vitesse souhaitée est 40 Hz).

Marche arrière :

LI2 est affectée à la Marche arrière.

 Remarque : Au lieu de lier LI1 et la polarité, on peut utiliser le contact d’un bouton poussoir ou d’une sortie automate.

   VII.2.2   Faire varier la vitesse avec un potentiomètre  a- Paramétrage

- Vérifier si le paramètre LSP est à la valeur 0  ( 0 Hz est la valeur du réglage usine) - Vérifier si le paramètre HSP est la valeur 50 ( 50 Hz est la valeur du réglage usine)

Ces deux paramètres sont accessibles sous :

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-) 

b- Câblage

-   Utiliser un potentiomètre de valeur maximum 10 k?, (Exemple : 2,2 k?).

-   Connecter le potentiomètre de la façon suivante : résistance complète entre les bornes 10V et COM et le  point milieu sur la borne AI1.

-   Lier la borne LI1 (Marche avant) à la borne + 24V

c- Fonctionnement

  Dès que LI1 sera lié, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et lui faire atteindre la vitesse définie par l’entrée analogique 0-10 V correspondant à 0-50 Hz.

  Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint sa consigne de vitesse déterminée par le potentiomètre, L’opérateur peut alors faire évoluer très aisément la consigne vitesse.

  Pour arrêter, rompre la liaison LI1-24V.

Remarque : Au lieu de lier LI1 et la polarité, utiliser le contact d’un bouton poussoir ou d’une sortie automate.

VII.2.3  Faire varier la vitesse avec un signal analogique courant 0-20mA ou 4-20 mA 

L’unique entrée analogique courant est l’entrée AI3 a- Paramétrage

Affectation de l’entrée analogique au canal consigne FR1

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => COMMANDE (CtL) => Canal Réf.1 (Fr1) = AI3 (AI3)

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3

(AI3) => Type AI3 (AI3t) = Courant (0A)

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3

(AI3) => Valeur mini AI3 (CrL3) = couramment 0 ou 4 mA, 

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3 (AI3) => Valeur maxi AI3 (CrH3) = couramment 20 mA. 

b- Câblage

-   Connecter l’entrée analogique 4-20 mA ou 0-20 mA entre les bornes COM et AI3. c- Fonctionnement

-   Lier la borne LI1 (Marche avant) du bornier à la borne + 24V

Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint la consigne de vitesse déterminée par l’entrée courant.

VII.2.4  Utilisation des  vitesses présélectionnées

Quelque soit la vitesse choisie, il est nécessaireque l’ordre de Marche Sens Avant LI1 ou l’ordre de Marche sens arrière LI2soient activées. a- Cahier des charges

Il spécifie 4 vitesses présélectionnées

-   vitesse lente de 5 Hz si l’entrée LI3 est activée (SP2)  

-   vitesse moyenne de 25 Hz si l’entrée LI4 est activée (SP3)  

-   vitesse rapide de 40 Hz si LI3 et LI4 sont activées (SP4)  

-   il faudra rajouter la vitesse de 50 Hz lorsque LI3 et LI4 seront désactivées.

 

b- Paramétrage

Vérifier que les paramètres LSP = 0 et HSP = 50 (réglages usine), dans :                                            

Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-)

Pour obtenir les vitesses de 5, 25 et 40 Hz avec les entrées LI3 et LI4, on procède comme suit :

1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> FONCTIONS D’APPLI. (FUN) => VITESSES PRESELECT. (PSS)

     =>  2 vitesses présélectionnées (PS2) = LI3

     =>  4 vitesses présélectionnées (PS4) = LI4

     =>  Vitesse présélectionnée 2 (SP2) = 5 Hz

       =>  Vitesse présélectionnée 3 (SP3) = 25 Hz       =>  Vitesse présélectionnée 4 (SP4)= 40 Hz.

 Bibliographie       

[1]    P. BOYE, A. BIANCIOTTO                                            Le schéma en électrotechnique.

 Collection DELAGRAVE, édition 1981.

[2]    Hubert LARGEAUD Le schéma électrique.

                                                                                                        Collection EYROLLES,  édition 1991.

[3]    Henri NEY  Electrotechnique et normalisation

Tome1: Les schémas électriques et                     Tome3 : Les installations électriques  Collection NATHAN édition 1991.

[4]    Yves G. PALAU                                                 Electrotechnique,

Le chauffage électrique, applications domestiques.

Collection les cahiers de la technologie. Edition EDUCALIVRE 1989.

[5]    Maurice PROAL                                                Electrotechnique,

Distribution basse tension,  protection des personnes.

Collection les cahiers de la technologie. Edition EDUCALIVRE 1989.

[6]    René.Bourgeois, Denis.Cogniel                     Mémotech électrotechnique. 

Collection EducaLivre.  Edition A.Capliez 1996.


I.S.E.T de Nabeul Département : Génie électrique

Sites utiles

Installations industrielles                                                                                                                                             Page :   37   


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