Demrrage Maria[2]

Couplage et dmarrage moteur.

LES DIFFERENTS TYPES DE DEMARRAGE DU MOTEUR ASYNCHONE 3

MmeYAAKOUBI maria1


Couplage et modes de dmarrages raccordement des moteurs asynchrones au rseau triphas :Les moteurs asynchrones triphass sont des moteurs trs robustes qui ncessitent peu dentretien. Ils sont trs utiliss dans lindustrie. Ces moteurs possdent trois enroulements (phases) qui constituent le stator. Ces 3 phases peuvent tre couples soit en triangle, soit en toile.

Branchement du moteur asynchrone triphas :

Le stator dun moteur asynchrone triphas comporte trois enroulements identiques qui sont coupls :

Soit en toile (Y) Soit en triangle () Des tensions du rseau. Des indications portes sur la plaque signaltique qui donne les conditions normales de fonctionnement (dites aussi nominales).

Le choix du couplage dpend :

Lutilisateur choisit le couplage qui convient par lintermdiaire de la plaque borne du moteur, qui comporte six bornes auxquelles sont relies les entres et les sorties des trois enroulements Normalisation des bornes : Entres : U1, V1 et W1. Dtermination du couplage : Sorties : U2, V2 et W2.

2


1.

si la plus petite tension de la plaque signaltique du moteur correspond la tension entre phase du rseau on choisit le couplage triangle .

2. si la plus grande tension de la plaque signaltique du moteur correspond la tension entre phase du rseau on choisit le couplage toile I) Couplage TRIANGLE et ETOILE. Rseau dalimentation 220v 380 v 220 v 380 v Plaque signaltique 220 v 380 v Couplage adquat ETOILE TRIANGLE

380 v 660 v Tension de Tension Tension Tension dun deux simple compose enroulement enroulements

Courant appel:Au dmarrage, le moteur asynchrone fait appel un fort courant (not Id) qui peut dpasser 4 ou mme 10 fois le courant nominal In. Le rapport Id/In est appel pointe de courant. Lorsque le stator est mis sous tension, le rotor est larrt (n=0 et g=1), le moteur se comporte alors comme un transformateur triphas en courtcircuit (les courants rotoriques ont alors la mme frquence f que les grandeurs statoriques). Daprs le schma quivalent du moteur (voir figure), le courant de dmarrage scrit : I1=V1/((R/g)2+X2)1/2, o: V1 : La tension applique sur un enroulement. R : La rsistance du rotor ramene au stator. g : Le glissement. X : ractance de fuite.3


Au dmarrage, le glissement est maximal (gal 1) donc I1 est lev (I1=V1/(R2+X2)1/2) et diminue quand g dcrot (quand la vitesse de rotation tends vers la vitesse de synchronisme).

Le courant de dmarrage a parfois des effets destructifs sur les enroulements du moteur, ce qui nous amne penser des procds de dmarrage permettant de diminuer le courant appel au moment de dcollage.2.

Couples mis en jeu:

La puissance absorbe par le moteur est: Pa=3V1I1cos=Cemws, o wsest la vitesse de synchronisme. On dmontre que : Cem=(3V12.R/g)/(wsX2+(R/g)2). Le couple lectromagntique est proportionnel au carr de la tension simple.

II-Procds de dmarrage des moteurs triphass asynchrones:Pour rduire le courant de dmarrage des moteurs asynchrones, ils existent plusieurs procds de dmarrage. Ces derniers diffrent suivant les types des moteurs :a.

Moteurs cage:Pour le dmarrage de ce type des machines, il faut tenir compte des plusieurs facteurs :4


La surintensit admissible par linstallation lectrique. Le couple de dmarrage ncessaire la machine entrane. La dure du dmarrage admissible par le moteur.

Appareil de commande et de protection :1.

- Le sectionneur

FonctionComme son nom lindique, le sectionneur assure un sectionnement dans un circuit lectrique. Il permet disoler lectriquement une installation ou un circuit lectrique. Ils sont quips gnralement de fusibles (protection court-circuit) et dun dispositif de cadenassage pour une ventuelle consignation. Le sectionneur doit tre manuvr hors charge, dans le cas contraire louverture un arc lectrique va se produire et mettre la personne qui lactionne en danger et dtriorer lappareil lui-mme. Le sectionneur na aucun pouvoir de coupure. En gnral ils sont quip dun contact de pr-coupure qui doit tre imprativement branch sur le circuit de commande. Reprsentation graphique:

Sectionneur porte fusible tripolaire avec contact de prcoupure NO (NO = normalement ouvert)

5


Un sectionneur en image

2.

- Le relais thermique

Fonction Le relais assure une protection contre une surcharge faible prolonge (par effet joule)pour un moteur par exemple (associ des fusibles). En cas de dclenchement, rechercher la cause avant le rarmement. Il ne possde aucun contact de puissance mais sont gnralement pourvu de 2 contacts de commande, un NO et un NC (NO = normalement ouvert, NC = normalement ferm). Principe de fonctionnement Le relais thermique est constitu dun bilame mtallique par phase ( fait de 2 lames avec un coefficient de dilatation diffrent ). Lorsque le courant le traversant est suprieur au calibrage du relais thermique, a cre une lvation de temprature sur le circuit qui va dformer le bilame et ainsi ouvrir le circuit de commande.( voir la petite animation qui essaie dillustrer le principe de fonctionnement)

Lintensit de rglage Ir du relais thermique est gale au courant nominal In du moteur (inscrit sur la plaque signaltique) et le dclenchement est fonction du courant et du temps comme lindique la courbe ci-dessous.

6


On peut voir par exemple que si lintensit le traversant est de 10 fois lintensit de rglage, le relais va se dclancher en moins de 3 secondes. Reprsentation graphique:

Relais thermique tripolaire pourvu dun contact NO et un contact NC de commande ( NO =normalement ouvert et NC = normalement ferm

7


Relais thermique en image:

3.

- Les disjoncteurs

Fonction Le disjoncteur assure une protection contre les surcharges de tout type ainsi que les personnes contre les contact indirects ( voir les types de disjoncteur ). Il permet aussi dtablir, disoler, dinterrompre le passage du courant dans un cirsuit ou une partie dun circuit lectrique. Les diffrents types de disjoncteur Il existe plusieurs types de disjoncteur: - Disjoncteur magntique : assure la protection contre les courts-circuits - Disjoncteur thermique : assure la protection contre les surcharges - Disjoncteur magnto-thermique : assure la protection contre les courtscircuits ainsi que les surcharges. - Disjoncteur magnto-thermique diffrentiel : assure la protection contre les courts-circuits, les surcharges et la protection des personnes contre les contacts indirects. Le disjoncteur thermique Il fonctionne sur le mme principe que le relais thermique ( voir le relais thermique ). Le disjoncteur magntique Il fonctionne un peu comme un contacteur, cest dire que le courant passe dans un bobinage, lorsque lintensit devient suprieure au calibre du disjoncteur, le champ magntique cr attire un contact mobile et ainsi ouvre le circuit. voir la petite animation pour le principe :

8


Disjoncteur diffrentiel Il fonctionne par diffrence entre 2 champs magntiques, chaque phase et neutre forme un bobinage autour dun tore. Quand tout va bien, les phases et neutre ont le mme champs magntique chacun et donc sannulent les uns , les autres. Quand un dfaut ou une fuite survient, les champs magntiques ne sont plus les mmes et vont former un autre champ magntique dans une bobine dite de dtection et ainsi attirer un contact mobile qui ouvrira le circuit. Reprsentation graphique:

9


Disjoncteur en image :

Disjoncteur triplaire avec neutre, magnto-thermique diffrentiel. ( voir les types de disjoncteur ci-dessous). 4. - Le contacteur Fonction Il permet dtablir ou dinterrompre lalimentation un circuit lectrique. Un contacteur est pourvu en gnral de contact de puissance, dun ou plusieurs contacts de commande et de 2 bornes dalimentation de sa bobine interne. Principe de fonctionnement Lorsque sa bobine est alimente, elle cre un champs magntique qui attire les contacts lis mcaniquement et ainsi ferme le circuit. La bobine est gnralement branche sur le circuit de commande. Une petite animation pour visualiser le principe:

10


Reprsentation graphique:

Contacteur triplaire pourvu dun contact auxiliaire NO ( NO = normalement ouvert ). Contacteur en image :

I)

Il existe plusieurs procds de dmarrages : Dmarrage direct, dmarrage statorique rsistance, dmarrage toile / triangle (on se limitera ces 3 procds) Dmarrage direct

Procds de dmarrage

Principe :Caractristique technique : Seuls les moteurs asynchrones triphass avec rotor en court-circuit ou rotor cage peuvent tre dmarrs en direct.

11


Au dmarrage du moteur la pointe dintensit est de lordre de 4 8 fois lintensit nominale. Le couple au dcollage est important, environ 1,5 fois le couple nominal. Dmarrage direct semi-automatique un sens de marche : On veut dmarrer un moteur asynchrone triphas dans un sens de rotation par un bouton poussoir S1 et larrter par lappui sur un bouton poussoir S0. Schma fonctionnel :

I.3.2

Circuit de puissance :

L1, L2, L3 : alimentation triphase Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur principal 1 F : relais thermique M : moteur triphas

I.3.3

Circuit de commande :F : contact auxiliaire du relais thermique S0 : bouton poussoir arrt S1: bouton poussoir marche KM1 : bobine du contacteur KM11 : contact auxiliaire du contacteur

12


Une impulsion sur S1 alimente le relais (KM1) : les contacteurs KM1 se ferment et le relais est auto-aliment. Le moteur dmarre. Larrt est obtenu par une impulsion sur S0. Le dmarrage est donc obtenu en un seul temps ; le stator du moteur est coupl directement sur le rseau. Les avantages du dmarrage direct : - Simplicit de lappareillage de commande - Couple de dmarrage important (1.5 2 fois le couple nominal ) - dmarrage rapide (2 3 secondes) Les inconvnients du dmarrage direct : - La pointe de courant lors de la mise sous tension est trs leve, de lordre de 4 8 fois le courant nominal - Dmarrage brusque : dconseill si le dmarrage doit tre doux et progressif (tapis, transporteur, etc ) Utilisation : Dmarrage rserv aux moteurs de petites puissances (P < 5kW) en raison de lappel important de courant lors du dmarrage

I.4 Dmarrage direct semi-automatique deux sens de marche :On veut dmarrer un moteur asynchrone triphas dans deux sens de rotation, par un bouton poussoir S1, on commande le sens 1 et on dmarre le sens 2 par un bouton poussoir S2 et larrter par lappui sur un bouton poussoir S0. I 4.1 Schma fonctionnel :

I.4.2


13


KM1 : contacteur sens 1 KM2 : contacteur sens 2

I.4.3

Circuit de commande :

Malgr les avantages qu'il prsente (simplicit de l'appareillage, dmarrage rapide, cot faible), le dmarrage direct convient dans les cas ou : La puissance du moteur est faible par rapport la puissance du rseau (dimension du cble) La machine entraner ne ncessit pas de mise en rotation progressive et peut accepter une mise en rotation rapide Le couple de dmarrage doit tre lev Ce dmarrage ne Le rseau La Le convient pas si ne peut accepter de chute de tension machine entrane ne peut accepter les -coups mcaniques brutaux confort et la scurit des usagers sont mis en cause (escalier mcanique)

14


Dmarrage statorique rsistances.

CARACTERISTIQUES COUPLE ET COURANT LIGNE

Schma :

15

Couplage et dmarrage moteur. Le dmarrage seffectue en 2 temps et dure entre 7 et 12s : Dans le premier temps, on met en srie avec chaque phase du stator une rsistance (Fermeture de KM11) Dans le second temps, on court cicuite les rsistances (Fermeture de KM1) Fonctionnement de la partie commande : 1er temps - Impulsion sur S2 : le relais KM11 est activ et les contacteurs KM11 (partie puissance) se ferment. Le relais est auto-aliment. 2nd temps Le contacteur temporis KM11 se ferme , entranant lalimentation du relais KM1 : Les contacteurs de puissances KM1 court-circuitent les rsistances. Larrt est obtenu par une impulsion sur S1 Avantages de ce type de dmarrage : Pas de coupure dalimentation pendant le dmarrage. Forte rduction des pointes de courant transitoires ( ne pas confondre avec courant de dmarrage). Possibilit de rglage des valeurs au dmarrage Inconvnient : Perte de puissance dans les rsistances. Perte de couple important . Le courant de dmarrage est encore lev (4,5 In

Dmarrage statorique, semi automatique, deux sens de marche : Schma fonctionnel :

16

Couplage et dmarrage moteur. Circuit de puissance :

KM1 : contacteur sens1 KM2 : contacteur sens2 KM3 : contacteur de court circuit des rsistances Ru, Rv et Rw : groupe de rsistances

Remarque : Lorsquon augmente linsertion de groupes de rsistances, on augmente les temps du dmarrage statoriques. Circuit de commande :

17


Dmarrage toile/triangleLa rduction du courant dans un enroulement est dans le mme rapport que celle de la tension d'alimentation du mme enroulement. La rduction de couple proportionnelle au carr de la tension d'alimentation. Une rduction dans le rapport entrane :3 de la tension dun enroulement

- une rduction dans le rapport - une rduction dans le rapport

3 du courant de lenroulent

3 du couple moteur

Dans ces conditions, ce type de dmarrage est essentiellement rserv aux moteurs dmarrant trs faible charge, voire vide. Principe Ce dmarrage consiste coupler le stator en toile pendant le dmarrage, puis rtablir le couplage en triangle. Consquence: Ce procd n'est possible que si le moteur a t conu pour fonctionner en triangle sous la tension compose du rseau CARACTERISTIQUES le couple et lintensit au dmarrage sont rduits dans le tiers dun dmarrage direct Le dmarrage reste simple puisque seuls deux contacteurs sont ncessaires. ce type de dmarrage implique obligatoirement que le couplage nominal du moteur soit "TRIANGLE"

18


Schma :

Le dmarrage seffectue en deux tapes et dure 3 7 secondes : - Premire tape : couplage Etoile (Y) du moteur Les enroulements sont soumis une tension U/ 3 (U / racine de 3) Le courant de dmarrage Id est rduit par rapport au dmarrage direct. (Id = 1.3 2.6 In) Le couple au dmarrage est plus faible quen dmarrage direct (0.2 0.5 Cn) - Deuxime tape : couplage Triangle ( ) du moteur Quand le moteur est lanc, on passe au couplage triangle. La surintensit qui en rsulte est moins importante quen dmarrage direct et le moteur atteint sa vitesse nominale pleine tension.

19


Avantages de ce type de dmarrage : - Dmarreur relativement peu onreux - Le courant de dmarrage est plus faible quen direct et donc moins perturbant pour le rseau. Inconvnient : - Couple de dmarrage faible - Coupure de lalimentation et courants transitoires importants au passage Etoile/triangle Utilisation : Rserv essentiellement aux machines dmarrant vide. Fonctionnement de la partie commande : Une impulsion sur S2 alimente le relais KM1. Les contacteurs KM1 se ferment et le relais KM2 est activ : il y a auto-alimentation (KM2 13-14 est ferm). Les contacteurs de puissance KM1 et KM2 tant ferms, on a un couplage toile. Au bout de 2 secondes, le contacteur ouverture temporise (KM2 55-56) souvre, entranant avec un lger retard la fermeture du contacteur 67-68 : Le relais KM3 est alors aliment. Les contacteurs KM2 et KM3 sont donc ferms : cest le couplage Triangle. Note : le lger retard la fermeture du contacteur 67-68 est ncessaire afin dliminer tout risque de court-circuit des phases (KM3 et KM1 ne doivent jamais tre ferms en mme temps). Arrt moteur si appuie sur S1.

Dmarrage toile-triangle semi-automatique deux sens de marche : Schma fonctionnel :

20

Couplage et dmarrage moteur. Circuit de puissance :

Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur sens 1 KM2 : contacteur sens 2 KM3 : contacteur couplage toile KM4 : contacteur couplage triangle F : relais thermique M : moteur triphas


Dmarrage par auto-transformateurs :IV.1 Principe : Ce dmarrage consiste utiliser un auto-transformateur, qui est un appareil dont le circuit primaire est aliment par le rseau et qui dlivre son secondaire une tension pouvant varier linairement de 0 100% de la tension primaire. Ce dmarrage seffectue en deux temps : 1. 1er temps : Alimenter le moteur par une tension rduite travers lauto-transformateur. 2. 2eme temps : alimenter le moteur par la pleine tension de fonctionnement.

21

Couplage et dmarrage moteur. IV.2 Dmarrage semi automatique par auto-transformation, un sens de marche : IV.2.1 Schma fonctionnel :

IV.2.2 Circuit de puissance :

Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur couplage toile de lauto-transformateur KM2 : contacteur alimentation de lautotransformateur KM3 : contacteur moteur F : relais thermique

22

Couplage et dmarrage moteur. IV.2.3 Circuit de commande :

IV.3 Dmarrage semi automatique par auto-transformation, deux sens de marche : IV.3.1 Schma fonctionnel :

23

Couplage et dmarrage moteur. IV.3.2 Circuit de puissance :

Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur sens1 KM2 : contacteur sens2 KM3 : contacteur couplage toile de lautotransformateur KM4 : contacteur alimentation de lautotransformateur KM5 : contacteur moteur F : relais thermique

24

Couplage et dmarrage moteur. IV.3.3 Circuit de commande :

Dmarrage par limination de rsistances rotoriques :. V.1 Principe : Ce dmarrage consiste alimenter directement les enroulements du stator sous leur tension nominale et coupler les enroulements du rotor en toile. Ce dmarrage sexcute en plusieurs temps (minimum 3 temps) : 1. 1er temps : on limite le courant dans les enroulements du rotor en insrant des rsistances. 2. 2eme temps : on diminue la rsistance du circuit rotor en liminant une partie des rsistances. 3. 3eme temps : on supprime toutes les rsistances rotoriques ce qui donne un rotor courtcircuit (couplage toile). V.2 Conditions technologiques : Le moteur doit tre du type rotor bobin avec les sorties relis des bagues.

25

Couplage et dmarrage moteur. V.3 Dmarrage rotorique, un sens de marche : V.3.1 Schma fonctionnel :

V.3.2


Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur de ligne KM2 : contacteur 2eme temps KM3 : contacteur 3eme temps R1 et R2 : 2 groupes de rsistances F : relais thermique M : moteur rotor bobin

V.3.3 V.3.3.1

Circuit de commande : Solution1 :

26


V.3.3.2

Solution2 :

V.4 Dmarrage rotorique, deux sens de marche : V.4.1 Schma fonctionnel :

27

Couplage et dmarrage moteur. V.4.2 Circuit de puissance :

Q : fusible sectionneur KM1 : contacteur sens1 KM2 : contacteur sens2 KM3 : contacteur 2eme temps R1 : groupe de rsistances F : relais thermique M : moteur rotor bobin

V.4.3


28


Dmarrage et freinage des moteurs asynchrones triphass1-Dmarrage directe

C

e type de dmarrage est rserv aux moteurs de faible puissance devant celle du rseau, ne

ncessitant pas une mise en vitesse progressive. Le couple est nergique, lappel de courant est important ( 5 8 fois le courant nominal ).

II) 2-Dmarrage toile triangle Ce type de dmarrage est rserv aux machines dmarrant vide ou dont le couple rsistant est faible. Lintensit de dmarrage est divise par 3, mais le couple de dmarrage aussi (proportionnel au carr de la tension dalimentation des enroulements).

29


3-Dmarrage statorique Ce type de dmarrage a des caractristiques comparables au dmarrage toile - triangle. Il ny a pas de coupure de lalimentation du moteur entre les deux temps de dmarrage.

4-Dmarrage rotorique Le courant de dmarrage est limit, sans que le couple soit rduit. Ce type de dmarrage ncessite un moteur bagues (rotor bobin).

avec :

30


Le couple ne dpend que du rapport R2/g.

Cmax et Cmin sont fixs par le cahier des charges, g2 et g3 sont dtermins sur la caractristique " naturelle " du moteur. Connaissant la valeur de la rsistance du bobinage rotorique r, on dtermine les valeurs des rsistances de dmarrage R et R.

5-Moteur double cage La cage externe est plus " rsistive " (laiton), la cage interne prsente une inductance plus leve. Au dmarrage, le moteur se comporte comme un transformateur : la frquence des courants rotoriques est leve (50Hz). Le courant circule essentiellement dans la cage externe, car limpdance de la cage interne (L.w ) est plus leve. Au fur et mesure que la vitesse du moteur augmente, la frquence des courants rotoriques diminue, le courant circule progressivement dans la cage interne.

31


III) 6-Moteurs encoches profondes Lors du dmarrage, les courants rotoriques sont refouls vers la priphrie des barres du rotor : la rsistance " utile " du rotor est donc augmente. La profondeur de pntration du courant dans les barres est donne par la relation :

avec :

Diffrentes sections de barres rotoriques utilises :

Moteur cage rsistance : Le courant de dmarrage est limit, sans que le couple soit diminu. 7-Freinage par contre courant : Lors du freinage, il y a ouverture de KM1 puis fermeture de KM2 : le moteur est aliment par un champ statorique inverse. Les pointes de courant sont trs importantes et il est conseill dinsrer un jeu de rsistances pour limiter ce courant. KM2 doit souvrir ds larrt du moteur, pour viter un redmarrage en sens inverse : il est donc ncessaire de prvoir un capteur dtectant labsence de rotation (capteur centrifuge).

32


8-Freinage par injection de courant continu Au moment du freinage, KM1 souvre puis KM2 se ferme. Un courant continu est envoy dans le stator. Le moteur se comporte comme un alternateur dont linducteur est constitu par le stator, linduit par le rotor en court - circuit.

Le moteur est muni dun frein lectromagntique disque mont du ct oppos larbre de sortie. En labsence de courant (ouverture de KM1 ou coupure du rseau), un ressort de rappel permet dassurer le freinage. Cest un lment important de scurit, en particulier dans les applications de levage

33


Dmarrage direct Courant de dmarrage Surcharge en ligne Couple en % de Cd Couple initiale au dmarrage commande avantages 100% 4 8 In 100% 0.6 1.5 Cn

Dmarrage toile triangle 33% 1.3 1.6 In 33% 0.2 0.5 Cn

Dmarrage statorique 50% 4.5 In 50% 0.6 0.85 Cn 1 cran fixe -possibilits de rglages des valeurs au dmarrage -

Dmarrage par Dmarrage ro auto transformateur 40/65/80% 1.7 4 In < 40/65/80% 0.4 0.85 Cn 3 crans fixe -bon rapport couple/courant - possibilits de rglages des valeurs au dmarrage -ncessite un auto transformateur onreux -prsente des risques de rseau perturb

0.4

T.O.R T.O.R - dmarreur simple -conomiques et conomique -bon rapport couple/courant -couple au dmarrage important -pointe de courant trs importante -dmarrage brutal -couple de dmarrage faible -coupure dalimentation au changement de couplage -moteur 6 bornes

De 1 -trs bon rapp -possibilit de valeurs au dm

inconvnients

-faible rduction de la pointe de courant au dmarrage -ncessite des rsistances volumineuses

-moteur bag

34

Demrrage Maria[2]

Documents

Transcript of Demrrage Maria[2]