1. Réseau électrique EDF - Hébergement gratuit de ... · MONOPHASE 230V P = U. I. cos φ ... AC3...

Lycée Vauvenargues BTS CRSA 1iére année

Distribution électrique2012.doc 16/01/14 1/32

1. Réseau électrique EDF Le producteur national EDF produit, transforme et distribue l’énergie électrique.

Deux types de contrat :

- Monophasé 230V (maison individuelle… faible puissance..)

- Triphasé 400V (Entreprise..forte puissance..)

Rappel d’électricité

MONOPHASE 230V

P = U. I. cos φ Utilisation d’une pince ampéremétrique TRIPHASE 400V

Phase 1 (noir) L1

Phase 2 (noir) L2

Phase 3 (marron) L3

Neutre (bleu) N

U U = 400V

U

V V

V= 230V

Terre (jau-vert) T

Avec U = V. 3

Neutre (bleu) N

Phase (marron) L

U = 230V

Terre (jau-vert) T

U efficace :230V

U

U max = 230x 2 = 325 V

U

P = 3.U. I. cos φ

Puissance active (en Watt) P = 3 U I cos φ Puissance réactive (en VAR) Q = 3 U I sin φ Puissance apparente ( en VA) S = 3 U I VAR :Volt Ampère réactif S2 = P2+Q2



LE REGIME DE NEUTRE TT Neutre à la Terre Masse à la Terre

Ce régime de neutre TT est réservé pour les basses tensions 230V et 400V

Ce régime TT est toujours associé à un disjoncteur différentiel.

DDR : Dispositif à courant Différentiel Résiduel

Il existe également pour des applications industrielles particulières

- TN (Neutre à la terre et Masse au neutre)

- IT (Neutre indépendant et Masse à la terre)



2. Moteur asynchrone triphasé 2.1. Branchement d’un moteur asynchrone 230/400 (sur réseau 400V)

Le branchement doit être réalisé en étoile ou en Y (230V sur chaque enroulement 80%) 2.2. Branchement d’un moteur asynchrone 400/700 (sur réseau 400V)

Le branchement doit être réalisé en triangle (400V sur chaque enroulement) Nota: Pour inverser le sens de rotation du moteur il suffit d’inverser 2 phases 2.3. Schématiation d’un moteur alternatif triphasé

3. Cuircuit puissance alimentation moteur 3.1. Protection moteur électrique

Caractéristique d’un moteur au démarrage

N

x y z

xyz

L1 L2 L3

L1 L2 L3

y

x y z

x L1 L2 L3

L1 L2 L3

z

M1 3

I démarrage

I nominale

Id = 7à 8. In

t 15 à 25 ms

U = 400V

V= 230V

U = 400V



- PROTECTION CONTRE LES COURS CIRCUITS (sécurité de l’installation)

Solutions : fusibles aM

- PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES (sécurité de l’installation)

Solution : Relais thermiques (réglé à 1,2 In)

I > Ex : Disjoncteur magnétique Protection CC magnétique

I démarrage

I nominale

t 15 à 25 ms 0.5 à 5 s

Relais thermique

Ex :Disjoncteur thermique

Commande contacteur F3

20 à 35 ms 0.5 à 5 s

I démarrage

I nominale

t

Fusible : accompagnement moteur Am

Protection CC magnétique

Remarque : Le relais thermique ne peut pas couper la puissance. Il faut utiliser le contact NF de relais thermique pour couper la commande du contacteur.



3.2. Le disjoncteur moteur Le disjoncteur protège toute sa ligne moteur. Il assure les fonctions: - contre les court circuits - contre les surcharges - disjonction - sectionnement

98 96

95

I > I >

97

Contact de signalisation de défauts

I >

DJ

L1 L2 L3

I > I > I >



COURBES DE DECLENCHEMENT NFC63-120 CEI 947.2

Dans les disjoncteurs modulaires, on ne peut pas régler les courants ITH et Im. (ITH = In et le courant Im dépend du type de courbe considéré) Nous choisirons les disjoncteurs pour les applications industrielles et non pas les disjoncteurs pour les installations domestiques (bâtiment) •Déclencheur type Courbe B Protection des personnes, des générateurs, des lignes de grandes longueurs où il n’y a pas de pointe de courant. I magnétique compris entre 3 et 5 In. • Déclencheur type Courbe C Usage générale des circuits classiques. I magnétique compris entre 6 et 10. In. • Déclencheur type Courbe D Protection des circuits à fort appel de courant : Transformateurs, moteurs. I magnétique compris entre 10 et 14. In. • Déclencheur type Courbe MA Protection des démarreurs gros moteur (sans thermique uniquement magnétique). Im= 12.In-+20%

Plage de réglage du dispositif magnétique

t(s)

I(A)

Zone de déclanchement thermique

Zone de déclanchement magnétique

0,5 à 5s

10 à 25ms Tps de réaction

Courant de réglage du dispositif thermique (ITH )

Courant de réglage du dispositif magnétique (Im)

Plage de réglage du dispositif thermique



3.3. Commande moteur Commutation : (commande électrique) La commutation consiste à établir ou couper l’alimentation d’un récepteur électrique en fonctionnement par une commande (sortie automate) Solution : Contacteur

Choix d’un contacteur:

- Tension d’isolement 220V, 380V, 500V, 600V, 1000V - Intensité utilisée: 6A à 800A - Tension de commande: 12 ou 24 VCC - Type en fonction de l’utilisation

Alternatif : AC1 Consommation constante (chauffage distribution…..) AC3 courant de démarrage(moteur asynchrone,ascenseur,pompe,compresseur) AC2 Moteur à bague (marche par « a coup ») AC4 Moteur asynchrone a forte inertie (Rotative imprimerie…) Continu : DC1 consommation constant

KM

1

2

3

4

5

6



3.4. Schématisation

KMD1

L2

DJ 1

L1 L3

I > I > I >

KMM1

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

M 1 3

u v w

1A

Moteur 380V/660V Pn = 500 W In = Montage triangle



F1 2A Am

1

L1

4

KM1

7

1

2

1

2

10

Bornier X1 X1:1

2

L2

5

8

3

4

3

4

11

X1:2

3

L1

6

9

5

6

5

6

12

X1:3

F2 1A

M 1 3

u v w

F3 2A Am

13

L1

16

KMM2

19

1

2

1

2

22

X1:4

14

L2

17

20

3

4

3

4

23

X1:5

15

L1

18

21

5

6

5

6

24

X1:6

F4 1A

M 2 3

u v w

1

2

3

4

5

6

KMD2

Moteur Avance Pn = 500 W

Un = 230/400V Montage étoile

Moteur Monté - Descente Pn = 750 W

Un = 400/700V Montage triangle



3.5. Le bloc disjoncteur contacteur (Coordination type 1) 3.6. L’intégrale (coordination Total)

Généralement utilisé en protection ligne moteur, ou depart de ligne indépendante. Ce nouveau concept permet d’intervenir sur les lignes moteurs sans couper la fabrication. Il assure les fonctions: - sectionnement - disjonction

- commutation - contre les cours circuits

- contre les surcharges

DJ

L1 L2 L3

I > I > I >

KM

I >



3.7. La technologie TEGO POWER de Schneider télémécanique 3.8. Tesys-U

Le démarreur-contrôleur Tesys U est un départ-moteur monophasés ou triphasés assurant Le sectionnement de puissance, La protection contre les courts-circuits, La protection contre les surcharges thermiques La commutation de puissance, Contrôle de l’application : alarmes des protections, surveillance de l’application (durée d’utilisation, nombre de défauts, valeurs des courants moteurs, …),historiques (enregistrement des 5 derniers défauts avec la valeur des paramètres moteurs). Ces fonctions s’intègrent par simple encliquetage au sein d’une base puissance. Des accessoires de mise en œuvre permettent de simplifier voire supprimer le câblage



3.9. Exercice Réaliser le schéma de puissance d’une ligne alimentation moteur asynchrone triphasé 400V/700V Pn = 500 W utilisant les deux sens de rotation sur le reseau 400V. Utiliser un bloc disjoncteur sectionneur magnéto-thermique avec un contacteur-inverseur pour alimenter ce moteur M1.

Réglage disjoncteur ? P = U . I .√3 . cos θ

In = 500 / (400 .1,732 . 0,8) = 0.9 A

réglage : 0,9 x 1.18 = 1A

KMD1

L2

DJ 1

L1 L3

I > I > I >

KMM1

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

M 1 3

u v w

1A

Moteur 380V/660V Pn = 500 W Montage triangle



4. Tête de filerie ou tête de ligne SECTIONNEMENT (sécurité des personnes) Le sectionneur isole électriquement l’ensemble d’un circuit de puissance par rapport à l’alimentation générale afin de pouvoir intervenir en toute sécurité sur l’installation. Le sectionneur doit être équipé d’un système de verrouillage à clef qui sécurise l’intervention d’une équipe de maintenance. Le sectionnement doit se faire hors tension

4.1. Sectionneur à fusible Il assure les fonctions: - sectionnement - contre les cours circuits: fusible 4.2. Sectionneur interrupteur:

INTERRUPTION (sécurité des personnes) Cette fonction permet d’interrompre sous tension l’alimentation électrique. Il assure les fonctions: - sectionnement - Interruption

Q1

L1

L2 L3 Contact de Précoupure

Q2

L1

L2 L3



4.3. Le disjonteur différentiel

FONCTION DIFFERENTIELLE (sécurité des personnes) La protection contre l’électrocution est réalisée en principe dans l’armoire électrique générale de l’atelier ou est implantée le système automatisé. Elle est réalisée par un disjoncteur différentiel (mesure les fuites d’intensité entre l’aller et le retour du courant) dont le seuil (10mA, 30mA ou 300mA ) est variable en fonction du risque (sol sec ou humide) Différentiel : Mesure et comparaison de l’intensité consommeé de chaque phases (I1 = I2 = I3 régime équilibré)

5. Fonctions réalisée par les appareils électriques

Fonctions Fusibles Contacteur Relais

thermique

Disjoncteurs sectionneur Magnéto thermique

Sectionneur à fusible

Sectionneur interrupteur Tesys U

Disjoncteur différentiel

Courts-circuit Secu.installation

Surcharges Secu.installation

Commutation

disjoncteur Secu. des personnes

Sectionnement Secu. des personnes

Interrupteur Secu. des personnes

Différentiel Secu. des personnes

DJ

L1 L2 L3

I > I > I >

98 96

95

I > I >

97

Contact de signalisation de défauts



6. Sélectivité d’une installation électrique

Un défaut survenant en un point quelconque du réseau doit être interrompu par le disjoncteur placé immédiatement en amont et par lui seul.

Le sectionneur permet d’isoler le circuit pour l’intervention du personnel d’entretien.

DJ 1 Disjoncteur Différentiel

à levier

1>

1>

DJ 3 Disjoncteur

magnétothermique à poussoir

1>

DJ 2 Bloc disjoncteur

magnétothermique contacteur à bouton

rotatif

Q5 Contacteur

Q0 Sectionneur interrupteur

M6 M7



7. Les modules d’alimentation moteurs

7.1. Démarrage étoile-triangle Dans le cas d’un couplage triangle (gros moteur 400V/700V)

Le démarrage étoile triangle permet de réduire par 3 la pointe d’intensité absorbée au démarrage ( Iétoile = Itriangle / 3) en alimentant les résistances du stator en tension réduite.

x y z

L1 L2 L3

x y z

L1 L2 L3

Branchement en étoile Branchement en triangle

KM1

KM2 KM3

0

1

2

Ordre de marche

5s / X1

Ordre d’arrêt

KM1 KM3 « étoile »

KM1 KM2 « triangle »



7.2. Démarreurs progressifs (moteur asynchrone triphasé) Fonctions:

- Un démarrage progressif (usure réduite des systèmes de transmission mécanique) Tps de démarrage Limiteur de couple (commande d’un tapis roulant avec bouteilles)

- La communication avec la PC Fin du démarrage Valeur de la vitesse de rotation (Modèle TsysU) Valeur du couple

Ancienne technologie Moteur Réducteur Variateur Mécanique

Charge

SCHNEIDER : Démarreurs progressifs asynchrones monophasés ou triphasés de 0,37 à 75 kW

Démarreur progressif

Consignes présélectionnées

Tps d’accélération en s

A partir de 130€

Moteur Asynchrone Triphasé



Rappel moteur alternatif triphasé Principe du moteur alternatif:

n = f / p

• Principe général. Un moteur électrique fonctionne du fait de l'existence de deux

champs magnétiques - le champ statorique, lié à la partie fixe du moteur (Bs) - le champ rotorique lié à la partie mobile du moteur (Br)

Si les deux champs sont décalés d'un angle θ, il apparaît alors un couple (ou un

effort) qui tend à les aligner. Le couple (ou l'effort) est maximum lorsque les deux champs sont perpendiculaires.

•••• Moteurs asynchrones triphasés (à courant alternatif). Le courant alternatif triphasé qui traverse les trois bobines du stator crée un champ tournant à fréquence fixe. Le champ induit (champ rotorique) va donc tourner aussi pour s'opposer à la cause qui le produit (loi de Lenz). Dans un moteur asynchrone, le rotor ne peut tourner en synchronisme avec le champ statorique, il apparaît un glissement de fréquence qui est sensiblement proportionnel au couple résistant en régime permanent. Ce glissement en fréquence de rotation est de l'ordre de 3 % en fonctionnement normal.

SIEMENS : Gamme SIRIUS

Vitesse de rotation P=1 3000 tr/mn P=2 1500 tr/mn

Fréquence réseau 50Htz ou tr/s

Nbr de paire de pole au stator



7.3. Variateur pour moteur électrique asynchrone ( Altivar SCHNEIDER, Micromaster SIEMENS ,Digidrive LEROY SOMMER… )

Fonctions:

- Un démarrage progressif - Choix de vitesses de rotation (palier de ralentissement) - Communication avec l’API (Can Open ; Asi ; Modbus …) - Entrées logiques et analogiques (potentiomètre de réglage) - Utilisable ne Boucle fermé (PID) - Détection de surcharge, surintensité,….(lancement de défauts)

Programmation du variateur :

- Sur face avant du variateur Menu déroulant (voir notice PDF correspondante)

- Avec logiciel de programmation Power suite SCHNEIDER ; Starter SIEMENS

Utilisation en Boucle fermé : Boucle de vitesse

API Variateur Altivar

Micromaster

Moteur Asynchrone

Triphasé

Boucle de vitesse

Consignes

Mesure de la position angulaire : Codeur Mesure d’une position linéaire : Capteur analogique ou numérique

API Variateur de vitesse

Moteur Asynchrone

Triphasé Consignes Numériques ou Analogiques

ou

Effecteur

API Variateur Altivar

Micromaster

Moteur Asynchrone

Triphasé Consignes

Effecteur

Boucle de position

Mesure de vitesse angulaire : Génératrice tachymètrique



Gamme SCHNEIDER : Altivar 12 ; 312; 31C; 32; 48 ; 61 ; 71.

pour une puissance de 0,18 à 630 KW

ATV 61 Nouveau

SIEMENS

ATV 32 ( 0,32 à 15 KW communiquant)

ATV 12 (Monophasé) ATV 312

(Triphasé 400V)

ATV 31C (Milieu hostile IP54)

Gamme SIEMENS : Micromaster 410 ; 420; 430; 440.

pour une puissance de 0,12 à 250 KW



Principe du variateur :

Pour faire varier la vitesse angulaire d’un moteur, le variateur électronique fait varier la fréquence. Pour une fréquence de 50Hz les moteurs asynchrones tournent généralement à 1500 tr/mn Les variations de la vitesse obtenues sont de 15 % à 150 % de la fréquence.

Pour garder un couple constant il faut garder U/f = Constante

Variateur de type MLI (Modulation à largeur d’impulsion) ou PWM (Pulse Width Modulation)

Schéma structurel de la partie puissance du variateur :

Un microprocesseur commande les 7 transistors pour faire varier correctement U et f

t

t

Harmoniques restantes (vibration)



Altivar 12 de Schneider Electrique pour les moteurs de 0.18 à 4 kW

Caractéristiques : - Le réglage des rampes d’accélération valeur en seconde - Le réglage des rampes de décélération valeur en seconde - Le réglage des vitesses de rotation (max 8) base de 50 Hz - Les entrées TOR de commande d’arrêt marche ou de sens de marche (LI1 ;LI2) - Les entrée TOR de commande 8 vitesses maxi présélectionnées LI2 LI3 LI4…. - Le potentiomètre de réglage de vitesse (bornes +5V ;AI1 ;COM); - Commande de vitesse en tension 0V à 10V ou en courant 0à20mA (COM ;AO1) - Les contacts internes de sécurité (RA1, R1C, R1B). - Une sortie logique protégée et une sortie analogique configurable Régulation de vitesse. Sur ce matériel, la régulation de vitesse peut être obtenue en ajoutant un module spécial qui permet d'accoupler une génératrice tachymétrique. Celle-ci s'intègre alors dans une boucle d'asservissement qui permet de compenser automatiquement le glissement de vitesse dû aux variations de couple résistant.

Schéma de câblage :



7.4. Commande moteur à courant continu (Rectivar SCHNEIDER ELECTRIC)

Pour faire varier la vitesse du moteur, il faut faire varier la tension d’alimentation U.

Deux principes de base :

- Un pont redresseur à thyristors

- Une association d’un redresseur et d’un hacheur (alimentation à découpage)

Commande des moteurs Brushless (asynchrone autopiloté)

API Variateur Rectivar

Moteur à courant continu

Mesure de la vitesse de rotation

Consigne de vitesse analogique 0 à 10V

230V Monophasé

Tension continue variable

Principe : N = K . U C = K . I La vitesse de rotation N est proportionnelle a la tension U Le courant I est proportionnel au couple demandé Changement des balais après 4000h d’utilisation



7.5. Commande moteur Brushless (synchrone autopiloté)

Les moteurs brushless sont des «moteurs à courant continu sans balais». Ils sont constitués principalement d’un stator bobiné et d’un rotor à aimants permanents. A l’inverse des moteurs à courant continu à balais qui ont les aimants au stator et les bobinages au rotor, ils ont un collecteur qui commute l’alimentation des bobines en fonction de la position du rotor. Les moteurs brushless quant à eux, ont besoin d’une électronique de commande pour assurer cette commutation

API Electronique de

commande Moteur

BRUSHLESS

Mesure de la vitesse de rotation

Consigne de vitesse ou de position

230V alternatif

Mesure de position angulaire

Rés

olv

eur

Lexium 32 SCHNEIDER ELECTRIC AC 400V

Active cube BONFIGLIOLI de 0.25KW à 132KW Axe 0.37KW : 7000 €



7.6. Commande des moteurs pas à pas Il existe principalement 3 types de moteur pas à pas.

- moteur à aimants permanents

- moteur à réluctance variable (flux d’induction)

- les moteurs hybrides

Convertisseur

Consigne vitesse

Consigne position sens

Interface de commande

Interface de commande

A

B

C

D

Moteur Pas à pas

Puissance

Les moteurs pas à pas à aimants permanents. L'aimant se place dans l'axe du champ magnétique créé par la bobine d'excitation qui est alimentée. Il est possible d'obtenir des positions intermédiaires, ou demi-pas, en alimentant deux bobines simultanément. Le nombre de pas par tour obtenu sur de tels moteurs est réduit.

Les moteurs pas à pas à réluctance variable. Ils ne disposent d'aimants permanents. Ils sont dotés d'un stator et d'un rotor munis d'un nombre différent de pôles. Le stator, qui comporte un nombre pair de pôles est doté de bobines d'induction placées sur chacun d'eux. Ces bobines sont alimentées par paires opposées de sorte que le rotor se place dans la position offrant la surface métallique maximale en regard des deux pôles fixes du champ magnétique. De cette manière le flux est maximal. La rotation est obtenue en alimentant successivement les paires de bobines suivantes correspondant au sens souhaité. Ces moteurs permettent d'obtenir un grand nombre de pas mais ne fournissent que de faibles couples.



8. La commande et ses composants 8.1. Exemple de la commande d’un moteur à deux sens de marche par API

Schéma de commande

I >

I >

Alimentation Générale

Q0

DJ0

Fc1

Réarm PO

KG

KG

ARU1

En Service

Contacteur Général

KG EVG

API

KMM2 KMD2 KM3 KM1

O0,0 O0,1 O0,2 O0,3

Moteur Avance

Moteur Monter

Moteur Descente

Moteur Centrifugeuse

DJ1

DJ2

DJ3

X10

ARU2

X11

X12

X13

+24V

0V



8.2. La sécurité des Systèmes automatisés Aujourd’hui, l’obligation est faite aux constructeur et aux utilisateurs de respecter les normes en vigueur. Les différentes catégories de sécurité suivant les normes EN 954 et EN 574 Il existe des logiciels d’aide pour diagnostiquer certaine fonction ou zone dangereuse. La défaillance de certains composants électriques peuvent entraîner de graves accidents. Les constructeurs ont développé une gamme de composant de sécurité plus sûre. Principe de sécurité : Redondance : Consiste à palier la défaillance d’un organe par le bon fonctionnement d’un autre, en faisant l’hypothèse qu’ils ne seront pas défaillant en même temps. Autocontrôle : Consiste à vérifier automatiquement le fonctionnement de chacun des organes qui changent d’état à chaque cycle. Redondance + autocontrôle :



8.3. Constituant pour application de la sécurité (couleur Rouge) Le module PREVENTA Il gère les composants de sécurité

Le contrôleur de sécurité XPS-MP Surveillance simultanée de plusieurs

fonctions de sécurité

La sécurité : PREVANTA

Barrière de sécurité multi-faisceaux

Avec son module catégorie 4

Commande bimanuelle Avec son module catégorie 4

Interrupteur de sécurité

Boite d’arrêt d’urgence

Le module de sécurité XPSAF Surveillance d’une seule fonction de

sécurité

Interrupteur de sécurité

magnétique Avec son module catégorie 4

Interrupteur de position de sécurité



Action : Mise sous tension, appui sur le bouton départ S2 Réaction : - Bobine K3 C alimenté - Contact K3 A et K3 B se ferment

K3 D s’ouvre - Contact K1 A et K2 B alimentés - Contact K1 A et K2 B se ferment - Contacts K1 D et K2 D se ferment - Contact K1 C et K2 C s’ouvrent - Bobine K3 C non alimenté …∆t - Contact K3 A et K3 B s’ouvrent - Maintien par contact K1 A et K2 B - Contact K3 D se ferme Résultat : Circuit de sécurité est passant La redondance est assurée par les relais K1 et K2. Le relais K3 (tempo au relâchement) assure le contrôle de K1 et K2

L2

DJ 1

L1 L3

I > I > I >

KMB

M 1 3

u v w

Bornier X1 X1:1 X1:2 X1:3

Q0 Bornier terre

T1

KG1

380V 24V

Moteur tapis Pn = 500 W Un = 230V / 400V Montage étoile

1 A

DJ 0

I > I > I >

14 A

I >

I >

Alimentation général

KG1

Arrêt d’urgence

Contacteurs généraux

KG1 KG2

Q0

DJ0

DJ1

KG2

12Vcc Vers E/S de l’API

0V vers E/S de l’API

SCHEMA DE CABLAGE D’UN MODULE PREVENTA

Pour un arrêt d’urgence

KG2

A B C D



La sécurité sur AS-I C’est un réseau de sécurité



8.4. La carte API de sécurité Cette carte s’intègre dans l’API conformément à la norme EN 954-1 L’API n’agit pas sur la carte de sécurité. La carte transmet à l’API l’état détaillé des éléments qui constituent la chaîne d’arrêt, ils sont représentés par des entrées classiques tout ou rien.

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