Chapitre III - Cours - TEAI - 3 [PDF]

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Chapitre III : Commande à logique câblée des moteurs asynchrones triphasés Indépendamment des commandes ou des démarreurs électroniques, on distingue plusieurs procédés électromécaniques pour assurer le démarrage des moteurs asynchrones triphasés. Ils ont pour intérêt de limiter le courant en ligne et de rendre le démarrage moins brutal. Pour chacun de ces procédés, il existe un schéma de puissance et un schéma de commande. Dans ce procédé de démarrage, le moteur asynchrone est directement branché 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 est très important, il peut atteindre 1.5 fois le couple nominale.

III.1. Démarrage direct d’un moteur asynchrone à un sens de rotation On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans un seul sens de marche. L'arrêt s'effectue en appuyant sur un bouton poussoir S0 et la mise en marche sur un bouton poussoir S1. La Figure. III.1 (a) et la Figure. III. 1(b) présentent respectivement le schéma du circuit de commande et du circuit de puissance.

L1, L2, L3: Alimentation triphasée Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique KM1: Contacteur principale M:Moteur asynchrone triphasée

Q: Sectionneur F: Relais thermique S0: Bouton poussoir arrêt S1: Bouton poussoir marche KM1: Contacteur principale KM1: contact de maintien

(a)

(b)

Figure.III.1. Démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé à un sens de rotation (a) : circuit de commande, (b) : circuit de puissance

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Figure.III.2. Caractéristiques du démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé

La surintensité au moment du démarrage peut être de 4 & 8 fois l’intensité nominale Id = 4 à 8 In. Le couple moteur est en moyenne de 1,5 à 2 fois le couple nominal Au moment du démarrage.

III.2. Démarrage direct d’un moteur asynchrone à un sens de rotation de deux endroits Il s’agit démarrer un moteur asynchrone triphasée dans un seul sens de marche de deux endroits. L'arrêt s'effectue en appuyant sur le bouton poussoir S0 ou S1 et la mise en marche sur un bouton poussoir S2 ou S3. La Figure.III.2 présente le schéma du circuit de commande. Le schéma du circuit de puissance est identique à celui donné par la Figure.III.1 (b).

Q: Sectionneur F: Relais thermique S0, S1: Bouton poussoir arrêt S2, S3: Bouton poussoir marche KM1: Contacteur principale KM11: contact de maintien

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Figure.III.3. circuit de commande de démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé à deux endroits

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III.3. Démarrage direct d’un moteur asynchrone à deux sens de rotation Nous présentons dans cette section le démarrage d’un moteur asynchrone triphasé à deux sens de rotation. L'arrêt s'effectue en appuyant sur un bouton poussoir S0 et la mise en marche dans le sens 1 s'effectue en appuyant sur un bouton poussoir S1 et dans le sens 2 en appuyant sur un bouton poussoir S2 (Figure. III.4 (a)). La (Figure.III.4 (b) représente le schéma du circuit de puissance.

Q: Sectionneur F: Relais thermique S0: Bouton poussoir arrêt S1: Bouton poussoir marche sens1 S1: Bouton poussoir marche sens2 KM1, KM1: Contacteurs principaux KM1, KM1: Contacts de maintien KM2, KM2: Contacts de verrouillage électrique

L1, L2, L3: Alimentation triphasée Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique KM1: Contacteur principale sens1 KM1: Contacteur principale sens2 M: Moteur asynchrone triphasée

Figure.III.4. Schéma du circuit du démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé à deux sens de rotation sens de rotation, (a) : circuit de commande, (b) : circuit de puissance

III.4. Démarrage direct d’un moteur asynchrone à deux sens de rotation et à deux endroits différents IL s’agit de faire démarrer un moteur asynchrone triphasé à deux sens de rotation de deux endroits différents. L'arrêt s'effectue en appuyant sur l'un des deux boutons poussoirs S0 ou S1 et la mise en marche dans le sens 1 s'effectue en appuyant sur l'un des boutons poussoirs S2 ou S3 et dans le sens 2 en appuyant sur l'un des boutons poussoir S4 ou S5. La Figure.III.5 présente le schéma du circuit de commande. Le schéma du circuit de puissance est identique à celui donné par la Figure III.3 (b).

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Q: Sectionneur F: Relais thermique S0, S1: Boutons poussoirs arrêt S2, S3: Boutons poussoirs marche sens1 S4, S5: Boutons poussoirs marche sens2 KM1, KM2: Contacteurs principaux KM1: Contacts de maintien et de verrouillage électrique KM2: Contacts de maintien et de verrouillage électrique

Figure.III.5. Schéma du circuit de commande du démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé à deux Sens de rotation et à deux endroits différents

III.5. Démarrage direct d’un moteur asynchrone à deux sens de rotation avec butée de fin de course Dan ce cas, l'arrêt s'effectue en appuyant sur un bouton poussoir S0 et la mise en marche dans le sens 1 s'effectue en appuyant sur un bouton poussoir S1 et dans le sens 2 en appuyant sur un bouton poussoir S2. Chaque sens est arrêté par une butée de fin de course, respectivement S3 pour le sens 1 et S4 pour le sens 2. La Figure.III.6 montre le schéma du circuit de commande du démarrage direct d’un moteur asynchrone à deux sens de rotation avec butée de fin de course. Le schéma du circuit de puissance est identique à celui donné par la Figure III.3 (b).

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Q: Sectionneur F: Relais thermique S0 : Boutons poussoirs arrêt S1: Bouton poussoirs marche sens1 S2: Bouton poussoirs marche sens2 S3, S4: Butées de fins de course KM1, KM2: Contacteurs principaux KM1, KM2: Contacts de maintien de verrouillage électrique

Figure.III.6. Schéma du circuit de commande du démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé à deux sens de rotation avec butée de fin de course.

III.6. Démarrage d’un moteur asynchrone triphasé par élimination de résistances statoriques à un seul sens de rotation

Nous présentons dans ce cas le schéma du circuit de commande d’un démarrage d’un moteur asynchrone triphasé par élimination de résistances statoriques à un seul sens de rotation présenté par la Figure.III.7 (a) et son schéma du circuit de puissance correspondant montré par la Figure.III.7 (b). Le démarrage peut s’effectuer en plusieurs temps à savoir premier temps en éliminant un groupe de résistances, puis un deuxième temps en éliminant autre groupe de temps et ainsi de suite. Dans la Figure III.6, le fonctionnement est comme suit :  1er temps : Il faut dans un premier temps alimenter le moteur à travers un groupe de trois résistances. Seul KM1est utilisé.  2ème temps : Il faut ensuite, tout en continuant d’alimenter le moteur à l’aide de KM1, utiliser KM2 pour éliminer les trois résistances du circuit de puissance. Le temps d’élimination de ces groupes de résistance est assuré par un relais de temporisation (KA1) en effectuant un réglage du temps. Les groupes de résistance son connecté au stator du moteur asynchrone triphasé à commander.

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Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique S0: Boutons poussoir arrêt S1: Boutons poussoir marche KM1: Contacteur principal KM1: Contact de maintien KM2: Contacteur de court circuit KA1: Temporisateur KA1: Contact auxiliaire temporisé

(a)

L1, L2, L3: Alimentation triphasée Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique KM1: Contacteur principale sens1 KM2: Contacteur de court-circuit des résistances (Ru,Rv,Rw). (Ru,Rv,Rw): Résistance statoriques M1: Moteur asynchrone triphasé

(b) Fgure.III.7. Schéma du circuit de commande du démarrage direct d’un moteur asynchrone triphasé par élimination de résistance statorique (a) : circuit de commande, (b) : circuit de puissance

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Figure.III.8. Caractéristiques du démarrage par élimination de résistances statoriques d’un moteur asynchrone triphasé.

L’avantage dans ce mode de démarrage est qu’il n’y a pas de coupure d’alimentation pendant le démarrage. Il convient aux machines dont le couple de démarrage est plus faible que le Cn (Couple nominal).

III.7. Démarrage d’un moteur asynchrone triphasé par élimination de résistances rotoriques à un seul sens de rotation Ce type de démarrage est utilisé pour les moteurs à rotor bobiné dont les enroulements sont couplés en (Y et les trois 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 –voir Figure.III.9):  1er temps: On insère la totalité des résistances dans les enroulements du rotor.  2éme temps: On diminue la résistance du circuit rotorique en éliminant une partie des résistances insérées.  3éme temps: On élimine toutes les résistances rotoriques en court-circuitant les enroulements du rotor.

Fgure.III.9. Etape d’élimination des groupes de résistance à trois temps

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Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique S0: Boutons poussoir arrêt S1: Boutons poussoir marche KM1: Contacteur principal KM11: Contact de maintien KM2: Contacteur de court circuit (2ème temps) KA1: Temporisateur KA1: Contact auxiliaire temporisé KM3: Contacteur de court circuit (3ème temps) KM3: Contact de maintien KA2: Temporisateur

(a)

L1,L2,L3: Alimentation triphasée Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique KM1: Contacteur principale sens1 KM2: Contacteur 2éme temps KM3: Contacteur 3éme temps R1,R2: Deux groupes de résistances M: Moteur à rotor bobiné

(b) Fgure.III.10. Schéma du circuit de commande du démarrage d’un moteur asynchrone triphasé par élimination de résistances rotoriques (a) : circuit de commande, (b) : circuit de puissance

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Figure.III.11. Caractéristiques du démarrage par élimination de résistances rotoriques d’un moteur asynchrone triphasé,

Le courant absorbé est sensiblement proportionnel au couple fourni ou très peu supérieur. On obtient fréquemment des couples de démarrage égaux à 2,5 fois le Cn sans surintensité excessive. III.8. Démarrage étoile-triangle d’un moteur asynchrone triphasé Le principe du démarrage étoile-triangle consiste à sous-alimenter le moteur durant presque toute la durée du démarrage en le couplant en étoile. Il faut donc utiliser un moteur normalement couplé en triangle et dont toutes les extrémités d’enroulement sont sorties sur la plaque à bornes (Figure.III.12).  1er temps : Nous devons alimenter le moteur à l’aide de KM2 tout en le couplant en étoile à l’aide de KM1.  2ème temps : Nous maintenons l’alimentation du moteur par le biais de KM2, KM1 est remplacé par KM2 qui assure le couplage du moteur en triangle. Chaque enroulement doit alors se retrouver entre deux phases différentes.

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(a) L1,L2,L3: Alimentation triphasée Q: Sectionneur fusible F: Relais thermique KM1: Contacteur ligne KM2: Contacteur étoile KM3: Contacteur triangle M: Moteur asynchrone triphasée

(b) Fgure.III.12. Schéma du circuit de commande du démarrage étoile-triangle d’un moteur asynchrone triphasé (a) : circuit de commande, (b) : circuit de puissance

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Figure.III.13. Caractéristiques du démarrage étoile-triangle d’un moteur asynchrone triphasé,

On constate que le couple et l’intensité au démarrage sont réduits d’environ trois fois par rapport à un démarrage direct. III.9. Moteur à deux vitesses de rotation Pour faire varier la vitesse de rotation d’un moteur, il existe trois méthodes :  Agir sur la constitution du moteur : couplage d’enroulements ou enroulements séparés.  Agir sur le glissement : utilisation d’un rhéostat rotorique.  Agir sur la fréquence de l’alimentation du moteur : variation de vitesse par M.L.I. ou par contrôle vectoriel de flux. III.9.1. Moteur DAHLANDER Le moteur Dahlander dispose de deux vitesses de rotation par couplage d’enroulements ou encore couplage de pôles. Il possède deux bobinages par phase que l’on peut coupler en parallèle (une paire de pôles) ou en série (deux paires de pôles). La figure ci-dessous montre la boite à bornes d’un moteur Dahlander.

Figure.III.14. Boite à bornes du moteur Dahlander

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



En associant les deux bobinages en parallèle, leurs actions vont se superposer et ils se comportent comme un seul enroulement (une paire de pôles). Le moteur tournera à sa vitesse maximale (Figure.III.15(a)). En associant deux bobinages en série, on double le nombre de pôles (deux paires de pôles). La vitesse du moteur est divisée par deux (Figure.III.15(b))..

(a)

(b)

Figure.III.15. Couplage d’un bobinage, (a) série, (b) parallèle.

 Couplage de la boite à bornes – Petite vitesse Les bornes « grande vitesse » ne sont pas connectées et les bornes « petite vitesse » sont chacune reliées à une phase. Ce couplage est aussi appelé « série-triangle », en effet, les bobinages sont reliés en série

Figure.III.16. Couplage série du moteur Dahlander

 Couplage de la boite à bornes – Grande vitesse Les bornes « petite vitesse » sont mises en court circuit et les bornes « grande vitesse » sont chacune reliées à une phase. Ce couplage est aussi nommé « parallèle-étoile » : en effet, les bobinages sont reliés en parallèle deux à deux.

Figure.III.17. Couplage parallèle du moteur Dahlander

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La figure ci-dessous montre les schémas du circuit de commande et de puissance d’un moteur à deux vitesses Dahlander.

KM1: Petite vitesse KM2: Grande vitesse KM3: Couplage parallèle des bobinages M: Moteur asynchrone triphasé S1 : Arrêt S2 : Petite vitesse S3 : Grande vitesse

(a)

(b)

Figure.III.18. Démarrage d’un moteur Dahlander, (a) schéma du circuit de commande, (b) schéma du circuit de puissance.

III.9.2. Moteur à deux enroulements séparés Le moteur à enroulements séparés correspond à l’assemblage de deux moteurs à vitesses différentes dans la même carcasse. L’encombrement d’un tel moteur est plus important que pour un moteur asynchrone à couplage d’enroulements (moteur de type Dahlander) mais le rapport des vitesses peut être quelconque.

Figure.III.19. Symboles d’un moteur à deux enroulements séparés

Figure.III.20. boite à bornes d’un moteur à deux enroulements séparés

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La figure ci-dessous montre les schémas du circuit de commande et de puissance d’un moteur à deux enroulements séparés.

KM1: Petite vitesse KM2: Grande vitesse M: Moteur asynchrone triphasé S1 : Arrêt S2 : Petite vitesse S3 : Grande vitesse

(a)

(b)

Figure.III.21. Démarrage d’un moteur à deux enroulements séparés, (a) schéma du circuit de commande, (b) schéma du circuit de puissance.

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