Cours Chapitre3 PDF [PDF]

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Démarrage des moteurs asynchrones En plus des démarreurs électroniques largement utilisés dans l'industrie, on distingue aussi cinq procédés électromécaniques pour assurer le démarrage des moteurs asynchrones triphasés. Ils ont pour intérêt de limiter le courant en ligne, de rendre le démarrage douce et moins brutal. Pour chacun de ces procédés, il existe un schéma de puissance, un schéma de commande et un schéma unifilaire associé. 1) Rappels : 1.1 Principe d'un démarrage direct: C'est le procédé de démarrage le plus simple. Les enroulements du moteur sont couplés directement sur le réseau triphasé, le moteur démarre est atteint sa vitesse nominale. L1

M

L2

3

L3

1.2 Couplage des enroulements Le stator du moteur est constitué de 3 enroulements, ils peuvent être couplés en étoile ou en triangle.

Couplage triangle Couplage étoile

u1

v1

w1 u1

w2

u2

v2

v1

w1

w2 u2 V2 v2 Couplage étoile 1

u1

w2

v1

w1

u2 v2 Couplage triangle

2) Démarrage direct Pour réaliser un départ-moteur de façon correcte, il faut assurer les fonctions suivantes : • Isoler le moteur: c’est le rôle du sectionneur. • Protéger le moteur: On protège le moteur contre les courts-circuits, on utilise des cartouches fusibles de type aM ou bien contre les surcharges, fonction assurée par le relais thermique. • Commander: Etablir et 'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, on ferme à distance l'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'un circuit de commande, c’est le rôle du contacteur. 2.1) Schémas F1: contact relais thermique NC S1: Bouton marche S2: Bouton arrêt

13

14

2.2)

courbes

2

• Intensité: La surintensité au moment du démarrage peut être de 4 à 8 fois l’intensité nominale

•

Couple moteur Au moment du démarrage, le couple moteur est en moyenne de 1,5 à 2 fois le couple nominal. Td = 1.5 à 2 Tn

Id = 4 à 8 In 2.3)

Avantages inconvénients du démarrage direct

Avantages  Simplicité de l’appareillage.

Inconvénients  Appel du courant important

 Couple important.

 Démarrage brutal, endommagé le moteur

il

peut

 Temps de démarrage court. 3) Démarrage direct avec inversion du sens de rotation •

Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il faut inverser deux des trois phases du circuit d’alimentation. Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il suffit d’intervertir 2 fils d’alimentation

Lorsque le moteur est alimenté en U1, V1, W1, par un réseau L1, L2, L3, il tourne dans le sens horaire pour un observateur placé face au bout de l’arbre

•

Un verrouillage mécanique est nécessaire pour éviter le court-circuit entre les deux phases dans le cas ou les contacteurs KM1 et KM2 sont fermés ensemble.

3

•

Un verrouillage électrique par les contacts auxiliaires fermés aux repos (NC) 1KM1 et 1KM2 permet de renforcer la protection du moteur. Ils complète le verrouillage mécanique.

3.1 Fonctionnement: On va utiliser deux contacteurs pour réaliser l’inversion du sens de marche.

3.2 Schémas développés

F1:contact relais thermique NC. S1: Bouton marche sens 1 S3: Bouton marche sens 2 S2: Bouton arrêt

4

13

13

14

14

4) Démarrage étoile-triangle 4.1) Principe: Le principe du démarrage étoile triangle consiste à sous-alimenter le moteur durant presque toute la durée du démarrage en le couplant en étoile. Ce procédé ne peut s’appliquer qu’aux moteurs dont toutes les extrémités d’enroulements sont sorties sur la plaque à bornes, et dont le couplage triangle correspond à la tension nominale du réseau. •

pour un réseau 230 V entre phases, en utilise un moteur 230 / 400 V

•

pour un réseau 400 V entre phases, en utilise un moteur 400 / 690 V

En distingue deux temps de fonctionnement •

Premier temps : mise sous tension et couplage en étoile des enroulements. Le moteur démarre à tension réduite U / 3

•

Deuxième temps : suppression du couplage étoile et mise en couplage triangle. Le moteur est alimenté à pleine tension

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4.2) Courbes

4.2) Circuits de commande et de puissance

•

Circuit de puissance.

Le contacteur KM3 établit le couplage étoile, alors que le contacteur KM2 réalise les liaisons des trois enroulements en triangle. Chacun de ces deux contacteurs remplace les barrettes sur la plaque à bornes de moteur. •

Circuit de commande.

L'appui sur S2 "marche" provoque l'enclenchement des bobines KM3 et KM1 ; Après quelques secondes, l'ouverture du contact temporisé KM1 55-56 provoque l’arrêt de la bobine KM3 et l'enclenchement de KM2 par KM1 67-68. 6

•

Protection des biens :

La protection contre les surcharges est réalisée par: Le relais thermique F1. La protection contre les courts-circuits est réalisée par: Les fusibles aM dans le sectionneur Q1. KM2 21-22 et KM3 21-22 réalisent le verrouillage électrique. 5) Démarrage statorique Le démarrage statorique, comme le démarrage étoile triangle, à pour but de sousalimenter le moteur durant la période de démarrage en ajoutant en série des résistances. 1ére temps: 2éme temps: résistance en service couplage direct

•

L’avantage dans ce mode de démarrage est qu’il n’y a pas de coupure d’alimentation pendant le démarrage. • La caractéristique de couple est sensiblement identique à celle obtenue avec un démarrage étoile triangle. Par contre le courant au moment du démarrage reste un peut élevé. 5.1) Courbes

7

5.2) Schémas de démarrage

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km1 14

Temporisateur à fermeture retardée à l'action

•

1er temps : Impulsion sur S1, entraine l'alimentation de la bobine KM1 et la fermeture du contact km1. Il faut dans un premier temps alimenter le moteur à travers les trois résistances. Seul KM1est utilisé.

•

2ème temps : Temps du temporisateur est écoulé, la bobine du contacteur KM2 est alimentée pour court-circuité les trois résistances, tout en continuant d’alimenter le moteur à l’aide de KM1.

6) Démarrage rotorique •

Le démarrage rotorique a pour but de limiter les courants rotoriques circulant dans l’induit.

•

Le moteur se comportant alors comme un transformateur dont le primaire sera le stator et le secondaire le rotor, on limite le courant secondaire et par conséquent le courant de ligne en insérant des résistances dans le circuit rotorique, que l'on élimine à fur est à mesure que le moteur prend la vitesse.

•

Pour ce type de démarrage, il faut impérativement utiliser un moteur à rotor à bague.

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1ére temps

2éme temps

3éme temps

6.1) Courbes

6.2) Avantages inconvénients du démarrage rotorique Avantages

Inconvénients

 L’appel de courant est pour un couple de démarrage donné le plus faible par rapport à tous les autres modes de démarrage.

 Nécessité d’un moteur à rotor bobiné.

 Possibilité de réduire le courant Id, en augmentant le nombre de démarrage.

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 Montage complexe.

6.3) Schémas de démarrage Avec ce type de démarrage, le moteur démarre en trois temps. On dispose donc de trois contacteurs : KM1 (le contacteur de ligne), KM11 et KM12 (qui court-circuitent les deux jeux de trois résistances rotoriques).

2 Temporisateur à fermeture retardée à l'action

KM11

•

KM12

1er temps : On alimente le moteur en limitant les courants rotoriques au maximum par insertion des deux jeux de résistances (RK1,RL1,RM1) et (RK2,RL2,RM2) dans le circuit du rotor. Il faut donc alimenter KM1 seul.

•

2ème temps : t1 du temporisateur est écoulé, on élimine le premier jeu de trois résistances (RK1,RL1,RM1) à l’aide du contacteur KM11.

•

3ème temps : t2

t1 est écoulé, On élimine le deuxième jeu de trois résistances

(RK2,RL2,RM2) à l’aide du contacteur KM12.

7) Démarrage par autotransformateur Le moteur est alimenté sous tension réduite par l'intermédiaire d'un autotransformateur qui est mis hors circuit quand le démarrage est terminé.

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1ére temps

2éme temps

3éme temps

• 1ére temps : Auto-transformateur monté en étoile, le moteur est alimenté à tension réduite. • 2éme temps: Ouverture du point étoile, seule l'inductance de la partie supérieur de l'enroulement raccordé au réseau limite le courant. • 3éme temps: Alimentation du moteur sous plein tension. La portion de bobinage de l'autotransformateur

en

série

avec

le

moteur

est

court-circuitée,

l'autotransformateur est mis hors circuit. 7.1) Courbes

Id = 1.7 à 4 In

Cd = 0.5 à 0.85 C n

11

puis

7.2 Schémas de démarrage

• KM1: contacteur étoile de l'auto-transformateur. • KM2: Alimentation de l'auto-transformateur. • KM3: Contacteur de ligne temporisé

S0: bouton marche S1: bouton arrêt KA: relais avec contact

7.3 Fonctionnement: Impulsion sur S1  KM1 est alimenté  couplage étoile de l'auto-transformateur •

1ére temps : - les contacts KM11 et KM12 sont fermés  alimentation de KM1 et KA1  KA11 fermé alimentation de KM2  Démarrage du moteur.

- le contact KM13 est ouvert  verrouillage de KM3. •

2éme temps : lorsque le temps du temporisateur est écoulé ouverture de KM1 par le contact temporisé KA12

 élimination du couplage étoile de l'auto-transformateur, le moteur est couplé au réseau à travers l'inductance. •

3éme temps : Fermeture de KM3 par KM31  ouverture de KA1 par le contact KM33  ouverture de KA11  coupe l'alimentation de KM2  alimentation directe du moteur et élimination de l'auto-transformateur.

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8) Comparaison des divers procédés de démarrage Moteur à Moteur à rotor en court-circuit Démarrage

bague

Direct

Etoile/triangle

statorique

4 à 8 In

1,3 à 2,6 In

2 à 5 In

< 2,5 In

0,6 à 1,5 Tn

0,2 à 0,5 Tn

0,1 à 0,75 Tn

< 2,5 Tn

Rotorique

Courant de démarrage Couple initial de démarrage

-Très

bon

rapport

- le couple et l’intensité au - Pas de coupure couple/courant d’alimentation démarrage sont réduits

Avantages

Couple de

d’environ 3 fois par rapport à

démarrage

un démarrage direct.

pendant

le -Possibilité

de

démarrage. réglage des valeurs -

de au démarrage réglage des valeurs

important - Démarrage peu onéreux

Possibilité

au démarrage - Bon rapport couple/courant

-Pas

de

coupure

d’alimentation pendant la phase de démarrage

-

Inconvénients Pointe de courant

Durée de démarrage

importante 2 à 3 secondes Démarrage brutal

Exemples

Petites machines

d’application

Couple

de

démarrage le courant au moment du

faible - Coupure de l’alimentation du moteur au changement 3 à 7 secondes de couplage

peut élevé. 7 à 12 secondes

résistant

démarrer à

carré

pleine charge

(ventilateur)

de

la

des

résistances Fonction de la valeur

Machines démarrant en

au Ventilateurs

charge

démarrage

vitesse Compresseurs Convoyeurs

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-Nécessite

de commutation Pompes

proportionnel

onéreux

des résistances -Entretien des balais

Machines ayant un couple

pouvant

plus

démarrage reste un

Machines démarrant à vide ou à faible charge

-Moteur

progressif

ou

à