Schema Electrique [PDF]

Zitiervorschau

MAI 2014

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SOMMAIRE

1. définitions 2. symboles électriques et électroniques 3. plans et schémas électriques 4. système de repérage 5. Techniques de câblage 6. Installations industrielles 7. Moteurs asynchrones triphasés 8. Démarrage des moteurs asynchrones 9. Freinage des moteurs asynchrones 10. Travaux à entreprendre lors de la recherche de pannes 11. Lecture de schémas

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1. DEFINITIONS Définition 1 Un schéma électrique est la représentation graphique d'un circuit électrique, basée sur des conventions. Il montre les composants du circuit sous forme de symboles normalisés, ainsi que l'alimentation et les signaux reliant ces composants. La position des composants et leurs interconnexions ne représente généralement pas leur positionnement physique, contrairement à un schéma-bloc ou un schéma de câblage Définition 2 Un schéma électrique représente, à l'aide de symboles graphiques, les différentes parties d'un réseau, d'une installation ou d'un équipement qui sont reliées et connectées fonctionnellement.

Un schéma électrique a pour but :   

d'expliquer le fonctionnement de l'équipement (il peut être accompagné de tableaux et de diagramme), de fournir les bases d'établissement des schémas de réalisation, de faciliter les essais et la maintenance.

2. SYMBOLES ELECTRIQUES ET ELECTRONIQUES Symboles électriques élémentaires La représentation graphique conventionnelle d’un circuit électrique ou de l’installation dont il fait partie, se fait à l’aide de schémas qui montrent les relations existantes entre différentes parties du circuit ou de l’installation. Un schéma comporte : − des symboles, qui représentent les composants du circuit; − des traits, qui représentent des connexions électriques entre les composants; − des repères, qui permettent d’identifier des bornes, des appareils ou organes d’appareils. On appelle symbole tout signe figuratif conventionnel visant à représenter de façon simple mais précise un élément, un système ou un caractéristique particulière. Les symboles sont destinés à : - identifier un appareil, une machine ou un réseau ; - faciliter le décodage et la compréhension des représentations graphiques ;

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- informer un utilisateur sur les caractéristiques ou sur les performances d’un réseau, d’un dispositif ou d’une machine.

Les symboles d’identification des circuits ne sont jamais employés isolément. Ils s’inscrivent à côté d’autres symboles d’appareils, de machines ou de lignes pour préciser la nature d’un courant, le mode de connexion d’un enroulement ou le genre d’un système de distribution :

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- Machines électriques

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- Transformateurs

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Notes techniques Les plans et les schémas électriques peuvent être accompagnés des notes techniques. La légende donne des renseignements sur: - La désignation des éléments utilisés dans le plan - La quantité - Les symboles des composants - La référence des composants, etc. Une légende à pour objet de déterminer et d’identifier les composants ou les éléments utilisés dans un schéma. Contenu du guide des fabricants : - Table des matières qui se trouve au début d’un volume, elle indique par ordre de pagination croissant, le contenu de chacun des chapitres, des sections ou des parties du volume. Une brève description ou des titres et sous-titres renvoient aux pages de contenu. - Index alphabétique qui peut être situé au début ou à la fin du manuel. La liste de tous les produits est classifiée par ordre alphabétique croissant. - Index de section, s’il existe, sert à subdiviser le manuel général par gamme de produits. Qu’il soit numérique ou alphabétique, la plupart des manuels qui en possèdent ont une partie de leur tranche colorée vis-à-vis cette même section. - Index de produits qui servent à guider notre recherche par numéro de série du manuel ou numéro de modèle du composant. - Guide d’équivalences, chaque fabricant a avantage à promouvoir ses produits de manière à s’accaparer la plus grande part du marché possible. Une des stratégies de marketing utilisée consiste à dresser un guide d’équivalences des produits des concurrents. Il faut s’assurer de conserver les mêmes caractéristiques physiques (électriques, mécaniques, pneumatiques et hydrauliques), lorsqu’on cherche le modèle équivalent. - Liste des distributeurs qui se trouve à la fin des manuels, une fois le composant identifié dans le manuel du fabriquant, il est primordial de connaître l’endroit où adresser le bon de commande. Cette liste peut être adressée par province ou par pays. Les éléments de la nomenclature sont : le nom, le code d’identification, le numéro de la pièce, la marque du fabricant, les fournisseurs, le numéro de fiche technique. 3. Plans et schémas électriques Plans électriques Un plan donne une description complète et détaillée des travaux à réaliser, indique clairement comment l’installation à exécuter doit être mise en oeuvre et définit les types des travaux, les 11

matériaux à utiliser et les modes d’installation. Selon le métier le plan se diffère, il y a par exemple le plan d’installation électrique, le plan d’architecture, le plan de plomberie, le plan mécanique…..etc. Un plan comporte en général : • Des symboles représentant des installations, des machines, des appareils, etc.… • Des traits qui représentent des connexions électriques, des liaisons mécaniques ou des conditions d’interdépendance entre les différents éléments, • Des repères qui permettent d’identifier des organes, • Des renseignements généraux sur les matériaux, les produits, l’équipement, les dimensions des divers éléments, l’identification des produits, les tableaux et les listes des matériaux de finition. Les schémas sont des représentations graphiques symboliques et conventionnelles d’une installation ou d’une partie d’installation, qui montrent les relations mutuelles des différentes parties de l’équipement et les moyens de liaison employer à cet effet. Les schémas électriques sont établis dans le but de décrire principalement les connexions électriques. Il en existe plusieurs types de schémas. Schémas électriques et leur classification selon le mode de représentation Selon le nombre de conducteurs a) Représentation unifilaire :

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Deux ou plus de deux conducteurs sont représentés par un trait unique. On indique sur ce trait le nombre de conducteurs en parallèle. Cette représentation est surtout utilisée en triphasé. b) Représentation multifilaire Chaque conducteur est représenté par un trait.

multifilaire : Chaque conducteur est représenté par un trait Exemple de schéma : démarrage direct d'un moteur triphasé (circuit de puissance).

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Selon l'emplacement des symboles Représentation assemblée : Les symboles des différents éléments d'un même appareil, ou d'un même équipement, sont représentés juxtaposés sur le schéma.

Représentation rangée : Les symboles des différents éléments d'un même appareil ou d'une même installation sont séparés et disposés de façon que l'on puisse tracer facilement les symboles des liaisons mécaniques entre différents éléments qui manoeuvre ensemble (la bobine K2 et ses contacts sont dessinés juxtaposés).

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Représentation développée : Les symboles des différents éléments d'un même appareil ou d'une même installation sont séparés et disposés de manière que le tracé de chaque circuit puisse être facilement suivi. C'est la tendance actuelle dans tous les schémas de commandes.

Identification des bornes d'appareils elle est fondée sur une notation alphanumérique employant des lettres majuscules et des chiffres arabes. Les lettres I et O ne doivent pas être utilisées (pour éviter les confusions I 1 et O 0). Principe de marquage pour les bornes Pour un élément simple : Les deux extrémités d'un élément simple sont distinguées par des nombres de référence successifs, par exemple 1 et 2. S'il existe des points intermédiaires à cet élément, on les distingue par des nombres supérieurs en ordre normalement croissant à ceux des extrémités.

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Pour un groupe d'élément : Pour un groupe d'éléments semblables, les extrémités des éléments seront désignés t par des lettres de référence qui précéderont les nombres de référence indiqué au paragraphe (a). Exemple : U, V, W pour les phases d'un système alternatif triphasé.

Pour plusieurs groupes semblables : pour plusieurs groupes semblables d'éléments ayant les mêmes lettres de référence, on les distingue par un préfixe numérique devant les lettres de référence.

Lettres de référence les lettres de référence seront choisies : - en courant continu dans la première partie de l'alphabet, - en courant alternatif dans la seconde partie de l'alphabet. Principe de marquage des contacts Contacts principaux : les bornes sont repérées par un seul chiffre de 1 à 6 (tripolaire), de 1 à 8 (tétrapolaire).

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Contacts auxiliaires : ils sont repérés par un nombre de deux chiffres. Le chiffre des unités indique la fonction du contact.   

1-2, contact à ouverture ; 3-4, contact à fermeture ; 5-6, 7-8, contact à fonctionnement spécial.

Le chiffre des dizaines indique le numéro d'ordre de chaque contact auxiliaire de l'appareil. Organe de commande : on utilise A1 et A2. Pour deux enroulements (ex : relais bistable) on utilisera A1-A2 et B1-B2.

Marquages particuliers :ils concernent les bornes raccordées à des conducteurs bien définis

4. Système de repérage Repérage équipotentiel C'est le plus simple à mettre en oeuvre. Tous les conducteurs toujours soumis au même potentiel portent un même numéro. Le numéro change lorsqu'il y a possibilité d'ouverture du circuit.

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Exemples:

Repérage dépendant du matériel La méthode consiste à affecter aux conducteurs les numéros de repères donnés aux matériels par les constructeurs. Un adressage est nécessaire pour ne pas confondre les conducteurs raccordés sur du matériel similaire. Exemples:

Repérage des conducteurs sur les schémas Le repérage individuel des conducteurs est généralement nécessaire pour un schéma des connexions, pour un schéma explicatif détaillé et pour un schéma général des connexions. Le repérage peut être fixé lors de l'étude du schéma ou dans les cas simples, choisi lors de la pose des conducteurs ; on doit alors reporter les repères sur le schéma ou sur un document annexe. Repérage dépendant : Le repère du conducteur reproduit les marques des bornes ou des équipements auxquelles les deux extrémités de ce conducteur doivent être raccordées. Repérage indépendant : il utilise le même repère généralement simple tout le long du conducteur. Généralement un schéma ou un tableau de connexions doit être employé.

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Repérages particuliers Tableau des marquages des conducteurs particuliers

5. Techniques de câblage Le câble d’alimentation électrique Un câble d’alimentation est toujours connecté en bas à gauche de l’armoire de câblage sur des bornes « puissance ». La connexion doit être rigide. Si le câble est souple, il faut obligatoirement sertir des embouts rigides. Pour garantir la connexion, tous les conducteurs souples doivent être sertis d’embouts adaptés à la section (0,75 mm² 1,5 mm² ou plus)

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L’armoire électrique Toute l’armoire doit être conforme à l’IP imposé par l’environnement. Par exemple IP 55.Donc toutes les entrées et sorties de câbles doivent répondre à l’étanchéité exigée. Chaque câble est obligatoirement rond et pénètre dans l’armoire par un « Presse étoupe » adapté au diamètre du câble.

A l’intérieur de l’armoire, tous les appareils doivent être repérés avec leur nom de schéma et leur fonction Par exemple : Q2 – protection primaire transformateur T1

Toutes les bornes doivent être repérées par un numéro. Tous les conducteurs commande doivent également être repérés par un numéro. Chaque borne ne peut recevoir que 1 ou 2 connexions, jamais 20

plus. Toutes les connexions doivent être IP2, et serrées dans le sens horaire et de manière à enfoncer le conducteur dans son logement. Cas du fil souple sans embout (exceptionnel) : Dénuder le conducteur de la longueur de la cage de la borne sans entamer le cuivre ! Torsader les brins souples dans le sens de toronage. Dévisser entièrement la vis et engager tous les brins souples dans la borne sans pince l’isolant, ni laisser dépasser du cuivre. S’il n’y a qu’un seul conducteur, l’engager en haut à droite mais en bas à gauche pour favoriser la connexion. S’il y a deux conducteurs, les engager de part et d’autre de la vis.

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Ne pas tendre le conducteur, mais laisser quelques millimètres de « mou » pour les écarts de températures et pouvoir refaire la connexion le cas échéant. Tous les conducteurs doivent être exclusivement verticaux et en vis-à-vis de l’alvéole de la goulotte. Connexion PE (terre) ou liaison équipotentielle. Tous les éléments métalliques sont reliés à la terre : grille porte d’armoire tous les appareils classe I. Les bornes de terre sont spéciales, de couleur Vert/jaune et reliées à la masse par le rail : Il faut autant de bornes de terre que de câbles alimentant des appareils classe I Toutes les bornes sont interconnectées en amont. Un seul conducteur doit sortir en aval.

Le bornier Le bornier sépare la partie câblage d’armoire des extérieurs du système. Très souvent, deux personnes distinctes peuvent intervenir. - Un électricien câble en atelier l’armoire et l’amont du bornier (le tableautier) - Un autre électricien câble sur le chantier les extérieurs et l’aval du bornier (l’installateur) Il est évident que le bornier doit donc être repéré parfaitement et chaque borne doit avoir une destination connue, un tenant et un aboutissant conforme au schéma.

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Les extérieurs Photo des gaines et câbles possibles + détail du presse étoupe. Chaque élément extérieur, que ce soit un moteur, un capteur, une boite à boutons, des voyants… est relié par une canalisation de type câble ou de type gaine. L’indice de protection doit être conforme du départ de l’armoire à l’arrivée sur l’appareil. Les presseétoupe et embouts d’étanchéité sont obligatoires en amont comme en aval. Implantation du matériel. Lors de la mise en place du matériel sur la platine, il est conseillé de respecter les règles suivantes, qu'il s'agisse d'un câblage en torons ou d'un câblage en goulottes. 1) Espaces entre les appareils - Câblage sous goulottes, laisser de 3 à 4 cm entre les goulottes et les appareils, le bas des goulottes et le haut des borniers. - Câblage en torons, laisser de 4 à 6 cm entre les appareils. 2 ) Proximité des fonctions communes. Il est préférable de placer l'un à coté de l'autre les contacteurs ayant des fonctions analogues, telles que: - avant (AV) - arrière (AR) - montée (MO) - descente (DE) 23

- gauche (GA) - droite (DR) - petite vitesse (PV) - grande vitesse (GV). 3) Proximité des fonctions communes. Lors de l'implantation des contacteurs (auxiliaires ou de puissance), il faudra que la tension des bobines puisse être lue par le dessus de la platine. Raccordements sur les appareils. Afin de faciliter toute intervention il sera nécessaire de respecter ce qui suit: 1) Contacts. Entrées au dessus ou à gauche. Sorties au dessous ou à droite. 2) Boîte à boutons. Entrées à gauche Sorties à droite 3) Bobines. Entrées: repérées A1 ou A (ancienne norme). Sorties: repérées A2 ou B (ancienne norme). Les connexions. 1) Préparation des conducteurs. Afin de réaliser de bonnes connexions il faudra : - Régler la pince à dénuder, pour ne pas marquer le conducteur s'il est rigide ou ne pas couper de brins s'il est souple. - Dénuder suffisamment le conducteur, de telle sorte que l'isolant arrive au ras de la borne de raccordement. - Torsader les brins dans le cas de conducteurs souples. - Dévisser suffisamment les bornes pour éviter les brins à l'extérieur de la connexion. 2) Raccordements sur les appareils. La position des conducteurs est importante lors de la réalisation. - Pour un conducteur il faut tenir compte du sens de serrage de la vis. 24

Pour la mise en place de deux conducteurs : il faut placer les conducteurs de part et d'autre de la borne, afin de repartir les efforts de serrage. Remarque: raccorder au maximum deux conducteurs par borne, il est toujours possible de se reprendre sur une borne où est raccordé un seul conducteur. Règles de câblage. Ce paragraphe s'applique principalement au câblage en goulottes. Les règles suivantes devront être impérativement respectées. - Câbler le circuit de puissance avant le circuit de commande. - Commencer par câbler, pour le circuit de commande, le retour des récepteurs, puis la boite à boutons ou la porte d'armoire et enfin l'intérieur platine. - Faire passer les ponts dans les goulottes. - Laisser du mou dans les goulottes et arrondir les conducteurs entre la sortie de la goulotte et l'appareil. - Arriver perpendiculairement aux appareils et aux borniers de raccordement. - Câbler les borniers de la gauche vers la droite ou du bas vers le haut. - Réaliser les peignes, les conducteurs doivent être alignés et parallèles. - Vérifier la solidité des connexions. Procédure de câblage.  Vérifier à la lampe test ou au contrôleur l'état des contacts.  Câbler les dérivations horizontales, puis récepteur par récepteur.  Repérer au fur et à mesure chaque conducteur, la lecture se faisant de bas en haut ou de gauche à droite.  Les repères devant être alignés et distants de 5 à 10 mm de la borne.

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 Repasser sur toute la longueur le conducteur câblé afin de savoir à tout moment ou l'on se trouve.

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Le matériel Dans une armoire industrielle, l’implantation des équipements est déterminante car elle conditionne la réussite et la qualité du câblage. Les matériels sont généralement encliquetés directement sur des profilés standards, «rails oméga» ou «rails DIN». La fixation peut se réaliser sur grille perforée, sur châssis, montage sur barreau ou sur platine. La goulotte a pour rôle d'organiser le passage des conducteurs entre les différents appareils d'une armoire électrique

Elles peuvent être montées, rivetées sur une plaque ou vissées sur des écrous s'adaptant aux profilés métalliques. Elles sont choisies en fonction de la section et du nombre de conducteurs qu'elles doivent accueillir. Il est souvent recommandé de prévoir 10 à 30 % de réserve lors du choix des profilés.

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Méthode de montage 1. Si possible positionner le support d'implantation à l'horizontale. 2. À partir du schéma d’implantation, étiqueter le matériel. 3. Positionner le matériel afin de repérer l'emplacement des rails et des goulottes (tracer le repérage au crayon). 4. évaluer la longueur et débiter les goulottes et les rails en faisant attention de monter le bon type de rail. 5. Fixer les rails et les goulottes en évitant de laisser un espace trop restreint entre l’appareillage et la goulotte sinon il est difficile de câbler. Parfois sur un même rail les appareils encliquetés ont des pas différents, dans ce cas l’espace utile doit être prévu en fonction du plus encombrant. 6. Encliqueter l’appareillage sur les rails, en respectant l’implantation et le sens du montage. 7.

Réaliser le câblage après avoir insérer la grille ou la platine équipée dans l’armoire.

Nature des conducteurs de câblage : Seul, le fil souple est admis pour les câblages industriels. Couleur des conducteurs à adopter

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Connexions

Les embouts de câblage : Ils sont très souvent utilisés car ils améliorent la qualité de la connexion, ils évitent les brins hirsutes causes de courts-circuits. Les constructeurs utilisent différentes couleurs en fonction des sections. Par exemple le bleu pour le 0,75 mm², le rouge pour le 1 mm², le noir pour le 1,5 mm², le gris pour le 2,5 mm², l'orange pour le 4 mm²… Le sertissage des embouts doit normalement se faire avec une pince spéciale. Si l’on ne possède pas cette pince, on peut agir, de façon modérée, à la pince coupante. Les cosses : Pour les circuits de puissance (jeux de barres) ainsi que pour les conducteurs de terre l'utilisation de cosses fermées est fortement conseillée. Différentes couleurs permettent de reconnaître les sections des cosses : Rouge : 1,5 mm² Bleu : 2,5 mm² Jaune : 4 et 6 mm² Le sertissage doit se réaliser exclusivement à la pince à sertir. Dans tous les cas, la longueur de dénudage doit correspondre à la longueur conductrice de l’embout ou de la cosse Serrage Pour réaliser un travail de qualité il est nécessaire d’utiliser des tournevis adaptés aux tailles et aux empruntes des vis. Conducteur de protection Les conducteurs de protection sont repérés par leur couleur vert-jaune. Les connexions de conducteurs de protection sur le conducteur principal de protection doivent être réalisées individuellement de manière à ce que, si un conducteur vient à être interrompu, la liaison de tous les autres conducteurs de 29

protection au conducteur principal demeure assurée. Les masses des matériels ne doivent pas être connectées en série sur un conducteur de protection. (Câblage en étoile à partir d'un répartiteur de terre). Tout câblage est un travail qui demande une certaine réflexion. Avant de se lancer tête baissée dans le raccordement, il est conseillé de lire attentivement le schéma, de prendre note des spécificités du raccordement de certains appareils (couple de serrage, plan de bornier de raccordement etc.), des sections à utiliser et des consignes de câblage issues du cahier des charges. La section minimale utilisable en puissance est le 2,5 mm². Attention, respecter le repérage technologique si celui-ci est porté sur le schéma. Placer les repères de fil au fur et à mesure du raccordement. (lecture de gauche à droite ou de bas en haut) N.B. : En principe, la puissance est en noir.

Technique du toron o Mesurer la longueur du conducteur le plus long entre le bornier et les unités de commande et préparer le nombre de conducteurs nécessaires en respectant les couleurs. o

Connecter une extrémité des fils en prenant soin de les repérer.

o Réaliser un peigne en plaçant une attache environ toutes les 3 connexions et en faisant passer les nouveaux conducteurs constituant le toron en dessous de celuici. o Confectionner ensuite le toron en maintenant la position des fils les uns par rapport aux autres et en attachant environ tout les 2 à 3 cm. Lors d'une liaison avec une partie mobile (porte par exemple), on réalise une boucle en vue de faciliter le mouvement. o A l'autre extrémité, par exemple sur une boite à boutons, les fils sont peu à peu dispatchés en les faisant partir si possible sur l'arrière du toron (face non visible). Récapitulatif des points susceptibles d’être exigés pour un câblage conforme :         

position et repérage de l’appareillage choix de la couleur et des sections des câbles sens de lecture des repères qualité des connexions "mou" esthétique de la platine (couvercles de goulottes…) et des torons existence d’une boucle pour les liaisons pivotantes raccordement des ponts aux bornes dites communes prévoyance éventuelle d’une évolution de l’armoire

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6. Installations industrielles Constitution des installations Les installations industrielles des automatismes sont constituées de deux parties distinctes appelées : circuit de commande et circuit de puissance. Circuit de commande Il comporte l’appareillage nécessaire à la commande des récepteurs de puissance. On trouve : o La source d’alimentation o Un appareil d’isolement (sectionneur). o Une protection du circuit (fusible, disjoncteur). o

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

o 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. Circuit de puissance Il comporte l’appareillage nécessaire aux fonctionnements des récepteurs de puissance suivant un automatisme bien défini. On trouve : o Une source de puissance (généralement réseau triphasé) o Un appareil d’isolement (sectionneur). o Une protection du circuit (fusible, relais de protection). o Appareils de commande (les contacts de puissance du contacteur). o Des récepteurs de puissances (moteurs). Les appareils de commande, de signalisation et de protection 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.

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

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.

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Il existe plusieurs types de fusibles : gF : fusible à usage domestique, il assure la protection contre les surcharges et les courts-circuits. gG : fusible à usage industriel. Protège contre les faibles et fortes surcharges et les courts-circuits. Utilisation : éclairage, four, ligne d’alimentation, … 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, … Relais thermique Le relais de protection thermique protège le moteur contre les surcharges.

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.

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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

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 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...).

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Contacteur auxiliaire Il ne comporte que des contacts de commandes.

Lampes de signalisations Signalisation visuelle du fonctionnement normal du système, ou défauts.

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7. Moteurs asynchrones triphasés 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.

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.

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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

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.

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

Couplages des enroulements sur plaque à bornes On utilise des barrettes pour assurer le moteur.

couplage choisi des enroulements sur la plaque à bornes du

8. Démarrage des moteurs asynchrones Le branchement du moteur au réseau électrique peut se réaliser par : 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. Utilisation d’un procédé de démarrage s’il y a risque de détérioration des enroulements du moteur ou l’installation accompagnant. 38

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. 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. Circuit de puissance

Circuit de commande

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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. Circuit

de

puissance

Circuit de commande

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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. Circuit de puissance : Même circuit de puissance Circuit de commande

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. Circuit de puissance : Même circuit de puissance Circuit de commande

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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 : Action sur le stator : Consiste à réduire la tension aux bornes des enroulements statoriques. On peut réaliser le démarrage par: o Couplage étoile-triangle, o Elimination des résistances statoriques, o Utilisation d’un autotransformateur. Ce type d’action est utilisé pour les moteurs moyennes puissances. Action sur le rotor : Consiste à augmenter la résistance rotorique au démarrage. On peut réaliser le démarrage par: o Elimination des résistances rotoriques, o 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. Démarrage étoile-triangle Principe Le démarrage s’effectue en deux temps : o 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. o 2ème temps : chaque enroulement du stator est alimenté par sa tension nominale changeant le couplage au triangle.

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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 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. Circuit de puissance

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Circuit de commande Solution1 :

Solution2: En utilisant un contacteur auxiliaire (KA1)

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

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

Circuit de commande

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Démarrage par élimination de résistances statoriques Démarrage par élimination de résistances statoriques à un seul sens de marche Circuit de puissance

Circuit de commande

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Démarrage par élimination de résistances statoriques à deux sens de marche Circuit de puissance

Circuit de commande

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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.

. Démarrage par élimination de résistances rotoriques à un seul sens de marche Circuit de puissance

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Circuit de commande Solution 1 :

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Solution 2 :

Démarrage par élimination de résistances rotoriques, deux sens de marche (démarrage en deux temps) VI.3.1. Circuit de puissance

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Circuit de commande

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

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Exemple (démarreur de type ATS)

9. Freinage des moteurs asynchrones Introduction Il existe plusieurs procédés de freinage pour moteurs asynchrones; il faut distinguer : o Le freinage avec arrêt immédiat obtenu à l'aide de moteurs spéciaux (moteur frein), o Le freinage par ralentissement applicable à tous les types de moteurs asynchrones. Utilisation d’un moteur Frein : Action sur le rotor 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 52

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.

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 Schémas des circuits de puissance et de commande

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Moteur frein à appel de courant

Freinage par contre courant: Action sur le stator 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.

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. 54

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

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.

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Schémas des circuits de puissance et de commande

Freinage par injection de courant continu 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. 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. Critique Avantage : pas de risque de démarrage dans l’autre sens. Inconvénient : il faut couper le courant dans le stator pour éviter l’échauffement.

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Schémas des circuits de puissance et de commande

Dans un grand nombre d'applications, l'arrêt du moteur est obtenu simplement par décélération naturelle. Le temps de décélération dépend alors uniquement de l'inertie de la machine entraînée. Mais il est souvent nécessaire de réduire ce temps. Le freinage électrique apporte dans ce cas une solution efficace et simple. Par rapport aux freinages mécanique, il offre l'avantage d'être régulier et de ne mettre en oeuvre aucune pièce d'usure. Le moteur asynchrone est capable de fonctionner dans les quatre quadrants. Il développe un couple moteur dans l'un et l'autre sens dans les quadrants Q1 et Q3 et un couple de freinage dans les quadrants Q2 et Q4. L'inversion du sens de rotation s'obtient en intervertissant deux des trois phases d'alimentation du moteur, ce qui a pour effet d'inverser le sens du champ tournant. Lorsque la sécurité l'exige, le freinage doit permettre d'obtenir un temps d'arrêt plus court que celui obtenu par un simple appui sur le bouton d'arrêt. Ainsi, prenons l'exemple d'une scie circulaire machine réputée dangereuse. Le freinage doit être immédiat lors de l'appui sur AU (bouton Arrêt d'Urgence).

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10. Travaux à entreprendre lors de la recherche de panne Suite à l’arrêt non désiré d’une machine et avant toute intervention il faut se mettre en sécurité. La machine est susceptible de se remettre en marche instantanément : •

De manière aléatoire (panne intermittente),

• Du fait d’une action de soi-même ou d’une autre personne (déblocage d’un capteur de position bloqué,…). Il faut être d’autant plus vigilant que plusieurs opérateurs sont susceptibles de rechercher et résoudre le problème. La consignation de la machine est obligatoire avant toute intervention. Pour toutes les opérations d’ordre électrique décrites ci-après, il est rappelé qu’elles nécessitent de disposer des habilitations électriques correspondantes.

Notamment : •

Pour la consignation arrêt d’une machine : BCr,

•

Pour la consignation pour travaux électriques : BC,

•

Pour les opérations électriques sans surveillance : B2 ou BR,

•

Pour les opérations électriques sous la responsabilité d’un B2 ou B2 : B1.

Contrôle des arrêts d’urgence Le premier point à contrôler est le déclenchement d’un arrêt d’urgence (intentionnel ou intempestif). Il ne faudra jamais réenclencher un arrêt d’urgence sans connaître la personne et la raison du déclenchement. Attention notamment aux arrêts d’urgence à câbles qui déclenche : •

Si le câble est trop tendu,

•

Si le câble est trop lâche.

Des changements de température peuvent provoquer une dilatation suffisante du câble et donc la détection. On vérifiera aussi l’ouverture éventuelle de carters, trappes, grilles de protection à capteurs d’ouverture (fonctionnant comme des arrêts d’urgence). Vérification des alimentations en énergies Le second point consiste en la vérification de toutes les énergies permettant le fonctionnement de la machine : •

Électricité,

•

Air comprimé, 58

•

Pression hydraulique,

•

Gaz, fuel,

•

…

Vis-à-vis de l’alimentation en électricité, on vérifiera si un dispositif de protection automatique n’est pas entré en fonction : •

Fusible protégeant contre les courts-circuits et éventuellement les surcharges,

•

Disjoncteur protégeant contre les courts-circuits et les surcharges,

•

Relais thermique protégeant contre les surcharges,

•

Différentiel protégeant contre les fuites de courant.

En cas de déclenchement d’un de ces dispositifs, un seul ré-enclenchement sans recherche de cause est autorisé. En cas de coupure à nouveau, il faudra faire appel à un électricien pour déterminer et traiter la cause des déclenchements. Il est interdit de modifier le réglage des dispositifs de sécurité (disjoncteurs, relais thermiques, différentiels,…). Ces pratiques peuvent effectivement permettre la remise en marche de la machine mais peuvent aussi provoquer la mise en danger des personnes et la casse de matériel. Il faut ensuite vérifier que la machine dispose des matières ou fournitures nécessaire à son fonctionnement. A défaut, la machine s’arrête, non pas en panne, mais en attente d’approvisionnement. Analyse des codes « défaut » de la machine Ces étapes préliminaires ont l’avantage de ne nécessiter aucun moyen technique et ne prennent que quelques minutes : •

Vérification des arrêts d’urgence

•

Vérification des alimentations en énergies

•

Vérification générale

•

Vérification de l’approvisionnement de la chaine

La dernière étape rapide, quant elle est possible, consiste en la lecture des codes « défaut » signalés par la machine. Ces codes peuvent être : • Textuels et explicites, voir même indiquer la méthodologie de dépannage. (Cas idéal),

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• De simples références (par exemple alphanumérique) auquel cas il faudra se référer à la documentation ou au service technique du constructeur. Même si cela peut paraitre laborieux au premier abord : • Recherche dans la documentation constructeur (inclure en démarche 5S le vérification de la disponibilité de la documentation de chaque machine), • Appel au service technique (hotline) du constructeur, le « décryptage » des codes défauts amène généralement la réponse au problème beaucoup plus rapidement que sa recherche directe sur la machine. Généralités sur les systèmes de commande Le fonctionnement général d’une machine suit le schéma suivant :

Ils récupèrent des informations sur l’état de la machine, sur l’environnement et sur les matières traitées ainsi que les consignes utilisateur : •

Position,

•

Température,

•

Humidité,

•

…

•

Consignes (paramètres) utilisateur

La fonction des informations remontées depuis les capteurs (mesure de grandeurs physiques et consignes utilisateur), la « partie commande » fait fonctionner les actionneurs : •

Moteur,

•

Vérin,

•

Électrovanne,

•

Résistance,

•

…

•

Voyant, affichage, klaxon,

•

…

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Pour la détermination des actionneurs à activer en fonction de l’état des capteurs, la partie commande conduit un algorithme (cycle de travail). Elle est réalisée : • en matériel électromécanique (contacteur, relais, temporisation,…) pour les automatismes simples, • avec un automate programmable (mini-ordinateur) pour les automatismes plus importants, • ou éventuellement par un ordinateur classique équipé d’un programme spécifique (solution technologiquement identique à la précédente). Ordre de recherche de panne Dans le diagramme Capteurs -> Partie commande -> Actionneurs, la recherche se fera dans l’ordre suivant : •

Vérification des capteurs,

•

Vérification des actionneurs,

•

Vérification de la partie commande.

Cet ordre n’est pas obligatoire, il est dicté par les statistiques d’occurrence de panne et la complexité de recherche : • Les capteurs sont simples à tester (en général) et sont les plus susceptibles de pannes (constat statistique) • La partie commande est très compliquée à contrôler (nécessité d’une expertise dans le domaine) et beaucoup moins sujette aux pannes (notamment en automate programmable ou ordinateur) Cet ordre préférentiel de recherche pourra être remis en question si une information quelconque donne une « piste » de recherche préférentielle : Ex : Odeur caractéristique dirigeant la recherche sur l’actionneur « moteur ». Contrôle des capteurs On distinguera les capteurs « tout ou rien » des autres types de capteurs. Les capteurs « tout ou rien » se comportent pratiquement comme des interrupteurs commandés par une grandeur physique : •

thermostat, thermo-contact, « klixon » commutent à une certaine température,

•

pressostat, manostat commutent à une certaine pression,

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• capteur de position, capteur « fin de course », commutent lors de la détection d’une position physique, •

…

Une bonne majorité des capteurs utilisés dans l’industrie est de type « tout-ou-rien ».Leur fonctionnement peut donc être tester à l’aide d’un multimètre en fonction ohmmètre ou continuité : •

On débranche électriquement le capteur

• On place le multimètre en mesure de résistance (ohm) ou continuité aux bornes du capteur •

On constate l’état « ouvert » ou « fermé » du capteur dans les conditions initiales

•

On modifie les conditions provoquant normalement la commutation d’état du capteur

•

On vérifie grâce au multimètre la bonne commutation du capteur

Il sera nécessaire de connaitre les tensions d’alimentation d’un actionneur pour le tester. La première méthode, si possible, consiste à : • Placer la partie commande dans un état où elle alimente l’actionneur (par exemple avec la fonction de marche forcée), • Tester la présence de la tension adéquate aux bornes de l’actionneur à l’aide d’un multimètre correctement calibré en mesure de tension (alternative ou continu et sur le bon calibre). En présence des tensions requises et sans réaction de l’actionneur, celui-ci peut être incriminé. En l’absence de tension, on orientera les recherches sur les capteurs et la partie commande. Certaines parties commande dispose d’une carte électronique commandant les actionneurs munie de voyants permettant de contrôler directement si un actionneur est sollicité ou non. Une autre méthode consiste à alimenter en direct l’actionneur pour vérifier son bon fonctionnement : •

Dé-câblage de l’actionneur,

•

Éventuelle neutralisation de l’effet (mécanique, thermique,…) de l’actionneur,

• Alimentation en « direct » (En aval des protections électriques de sécurité nécessaire). On prêtera attention au fait que lors de l’alimentation directe, les arrêts d’urgences n’opèrent plus. Il faudra aussi juger de la possibilité technique de « forcer » l’actionneur sans provoquer de dégâts autres (ex: la mise en marche d’un seul moteur sur un tapis normalement entrainé par 4 moteurs peut provoquer une surcharge violente sur celui-ci et donc sa destruction).

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Contrôle des conditions initiales requises pour démarrage Après l’identification et la résolution du problème, la machine est susceptible de ne pas redémarrer si les conditions démarrages ne sont pas remplies. Il faut se référer : •

aux documentations du constructeur,

•

aux procédures internes,

pour remettre la machine dans un état où la partie commande autorise le redémarrage. (Par exemple, la présence d’un moule dans l’unité de coulée peut empêcher le démarrage, le manque d’une tuile cassée et enlevée mais non remplacée peut provoquer une erreur de comptage) Il faudra éventuellement, en marche manuelle, repositionner la machine dans un état compatible avec le redémarrage automatique. Sur certains systèmes il sera nécessaire « d’acquitter » le défaut par utilisation de la commande appropriée sur l’interface de commande. En cas de refus de redémarrage, on peut aussi provoquer un « reset » ou remise à zéro de l’électronique : •

Éteindre la partie commande,

•

Couper son alimentation électrique,

• Attendre 30s (du fait de mémorisations possiblement maintenues par condensateurs ou autres), •

Remettre en marche de manière habituelle.

Réalisation d’un rapport de panne Lorsque la panne est hors du cadre des opérations que l’équipe de production peut réaliser : •

Absence des habilitations nécessaires,

•

Défaut de moyen technique,

•

Panne techniquement compliquée,

il faudra faire appel au service maintenance. La remontée d’information doit-être suffisamment complète pour gagner du temps et gérer correctement la panne en perturbant au minimum les opérations en cours du service maintenance : •

Nom de l’intervenant,

•

Téléphone de l’intervenant,

•

Degré d’urgence de l’intervention,

•

Localisation de la panne, 63

•

Descriptif précis de l’intervention,

•

Vérifications, tests et constats effectuées.

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11. LECTURE DE SCHEMAS

ELECTRIQUES

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Schéma de commande et de puissance Frein à appel de courant

La mise en fonctionnement ou l’arrêt normal du moteur se fait par respectivement S1 et S3.La mise en fonctionnement du frein se fait par l’intermédiaire de S2 (et KM2). Il faut ce faisant arrêter le moteur. Le frein doit, en plus, être auto-maintenu et s’arrêter en cas de redémarrage du moteur. 70

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