Les Cours Simples

Cours des sciences de l’ingénieur

Chaine d’énergie

Module A.D.C.

Classe : 2STE…

Lycée technique Mohammedia Année scolaire : 2011-2012

Nom et prénom : …………………………….

www.chari.123.ma

L.Technique Classe : 2 STE

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C page 1/65 www.chari.123.ma

I. PrésentationPour agir sur la matière d'œuvre, un système automatisé a besoin d’énergie, qui subira de nombreux traitementspour être adaptés à la nature de l'action sur la matière d'œuvre.

L’unité ADC traite donc de ces aspects qui peuvent être modélisés par les fonctions génériques qui s'appliquentsur la plupart des systèmes ; il s'agit des fonctions :

Alimenter ; Distribuer ; Convertir;

Ordres

Acquérir Traiter Communiquer

Transmettre Agir

CHAÎNE D’INFORMATION

CHAÎNE D’ENERGIE

Grandeursphysiques,consignes

Messages

Informations

MO

MO+VA

Unité ADC

Alimenter Distribuer Convertir

- Système triphasé- Postes de transformation- Transformateurs- Protection des biens et des

personnes

- Convertisseurs statiques : Redresseurs Onduleur monophasé

Gradateur- Variateurs industriels pour- Moteur asynchrone- Distributeur proportionnel

- Machine synchrone- Moteur asynchrone- Moteur pas à pas

- Vérins

CHAINE D’ENERGIE : UNITE A.D.C.



Réseau triphasé équilibréDéfinition

Un système triphasé est un réseau à trois grandeurs (tensions ou courants) sinusoïdales de même fréquence et déphasées,les unes par rapport aux autres, d’un angle de 120°. Le système est équilibré si les grandeurs sinusoïdales sont de mêmevaleur efficace. Il est direct si les phases sont ordonnées dans le sens trigonométrique et inverse dans l'autre cas.

Tensions délivrées

1

2

3

N

V1

V2

V3

U12

U23

U31

Représentation temporelle de ces tensions

Tensions simples

Ce sont les d.d.p entre les divers conducteurs de phase et de point neutre (réel ou fictif) : v1, v2, v3.

Ecriture temporelle Ecriture complexe (polaire)

v1(t) = V √2 sin (ωt) V1 = [ V , 0°]v2(t) = V √2 sin (ωt-2π/3) V2 = [V , -120°]v3(t) = V √2 sin (ωt- 4π/3) V3 = [V, -240°]

Tensions composées

Ce sont les d.d.p entre les conducteurs des phases consécutives: U12, U23, U31. Voici le détail du calcul pour la tension U12 :

U12 =V1-V2 = [ V√3, + π/6 ]. En effectuant les mêmes opérations pour les autres tensions

Ecriture complexe (polaire) Ecriture temporelle

U12 =V1-V2 = [V√3, + 30°] u12(t) = V√3√2 sin (ωt+ π/6)

U23 =V2-V3 = [V√3, - 90°] u23(t) = V√3√2 sin (ωt- π/2)

U31 =V3-V1 = [V√3, + 150°] u31(t) = V√3√2 sin (ωt- 7π/6)

Représentation vectorielle de Fresnel des tensionsA partir des expressions définies précédemment, il est possible de représenter les différentes tensions. Lareprésentation vectorielle de Fresnel des tensions :

V1

V3

V2

-2/3

U12

U23

U31

Origine des

phases

U

120°

V

30°

Triangle des tensions

FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE



Remarque : On voit ainsi apparaître un nouveau système de tensions triphasées : u12, u23, u31.La relation qui existe entre l'amplitude V et U se calcule facilement à partir du triangle des tensions :

2.V.cos(/6) = U c'est à dire : U= 3 .V

Ainsi, un système triphasé à basse tension sur le réseau est intitulé : 220V/380V, 220V représentant la tension simpleefficace et 380V la tension composée efficace.

Récepteurs triphasés équilibrésDéfinitions

Récepteurs triphasés : ce sont des récepteurs constitués detrois éléments identiques, d’impédance Z.Equilibré : car les trois éléments sont identiques.Courants par phase : c’est le courant qui traverse les élémentsZ du récepteur triphasés. Symbole : JCourants en ligne : c’est le courant dans les fils du réseautriphasé. Symbole : ILe réseau et le récepteur peuvent se relier de deux façonsdifférentes : en étoile ou en triangle.

Récepteur j1

Z1i1

Z2

Z3

j2

j3

i2

i3

N

Réseau

Couplage étoileMontage

j1

Z1i1

Z2

Z3

j2

j3

i2

i3

Nv1 v2 v3

Même branchement représenté de deux façonsdifférentes. Le premier schéma explique le terme«étoile».

v1

v2 v3

i1

i2

i3

Comme il s’agit des mêmes impédances, de ce faiti1 + i2 + i3 = 0, donc iN = 0.

Le courant dans le fil neutre est nul. Le fil neutre n’estdonc pas nécessaire.Pour un système triphasé équilibré, le fil neutre ne sert àrien.

j1

Z1i1

Z2

Z3

j2

j3

i2

i3

N

v1 v2 v3

Fil neutre est

supprimé

Relations entre les courants

On constate sur les schémas précédents que les courants en ligne sont égaux aux courants par phase.i1 = j1 ; i2 = j2 ; i3 = j3

De plus la charge et le réseau sont équilibrés, donc : I1 = I2 = I3 = I = JOn retiendra pour le couplage étoile : I = J




Couplage triangleMontage

Z

Z

Z

j1

j2

j3

i1

i2

i3

u12

u23

1

2

3

Comme il s’agit des mêmes impédances, i1 + i2 + i3 = 0et j1 + j2 + j3 = 0Ici en aucun cas le fil neutre n’est nécessaire. 3

u12

u23

u31

j1

j2

j3

i1

i2

i3

1

2

Relations entre les courants

D’après les schémas du montage triangle :i1 = j1- j3 => I1 = J1 - J3

i2 = j2- j1 => I2 = J2 - J1

i3 = j3- j2 => I3 = J3 - J

Le système triphasé est équilibré : I1 = I2 = I3 = Iet J1 = J2 = J3 = J.Pour le couplage triangle, la relation entre I et J est la même que larelation entre V et U.Pour le couplage triangle : I = √3 J

Réseau triphasé déséquilibréUn récepteur est non équilibré s’il est constitué de trois impédances différentes Z1, Z2 et Z3, couplées en étoile ouen triangle.

Couplage étoile avec neutreOn détermine la somme des trois courants en ligne, c'est à dire lecourant dans le neutre, dans la charge étoile déséquilibrée :

Cette somme n'est plus nécessairement nulle : Un courant circuledans le conducteur de neutre. IN ≠ 0

Z11i1

Z22

Z33

i2

i3

Nv1 v2 v3 iN

Couplage triangle

On détermine les courants I1, I2 et I3 à partir des courants J1, J2 et J3 calculés par :

i1 = j1- j3 => I1 = J1 - J3

i2 = j2- j1 => I2 = J2 - J1

i3 = j3- j2 => I3 = J3 - J2

La relation I =√3 J n’est plus valable car le système est déséquilibré.

V1

Z1

+V2

Z2

+V3

Z3

IN = I1 + I2 + I 3 =




Puissances en triphaséThéorème de Boucherot (rappel)Les puissances active et réactive absorbées par un groupement de dipôles sont respectivement égales à la somme despuissances actives et réactives absorbées par chaque élément du groupement.

Remarque : Ce théorème ne s'applique pas aux puissances apparentes, que l'on ne peut cumuler (la puissance apparenteest une somme complexe, de composantes pas nécessairement en phase).

Charge triphasée déséquilibrée (ou quelconque)Donc d’après ce théorème, la puissance active absorbée par le récepteur est la somme des puissances véhiculéespar chaque phase : P = P1 + P2 + P3

En cas de charge déséquilibrée, tensions et courants sont déphasées de φ1, φ2 ou φ3 suivant les phases.La puissance active est: P = V1I1 cos φ1 + V2I2 cos φ2 + V3I3 cos φ3

Et la puissance réactive s'écrit alors : Q = V1I1 sin φ1 + V2I2 sin φ2 + V3I3 sin φ3

Charge triphasée équilibréeSi la charge est équilibrée, les trois impédances sontidentiques, donc :

φ1 = φ2 = φ3 = φ ;

V1 = V2 = V3 = V et I1 = I2 = I3 = I.La puissance active a pour expression : P = 3VI cos φLa puissance réactive est : Q = 3VI sin φ.La puissance apparente se déduit de la relation :S = √P2 +Q2 = 3VI

En résumé, la puissance peut toujours être exprimée de lamême manière avec les grandeurs en tête de réseau, tensioncomposée U et courant en ligne I et ceci quelque soit le typede montage.

P = √3UI cos φ Q = √3UI sin φ S = √3UI

Mesure de puissance en triphaséCircuit équilibréIl suffit de mesurer la puissance consommée par une phase et demultiplier par trois.Un seul Wattmètre est nécessaire.

P=3.P1N

W1

2

3

N

Circuit déséquilibré

Il faut mesurer les puissances consommées par les trois phases etadditionner.Trois wattmètres sont nécessaires.

P = P1N + P2N + P3N

1

2

3

N

W1

W3

W2

Méthode des deux Wattmètres

Le montage des deux wattmètres que le système soit équilibré ounon.(La seule condition est qu’il n’y ait pas de fil neutre).

P = P13+ P23

1

2

3

W1

W2




Méthode des deux Wattmètres en régime équilibréLes indications des wattmètres donnent :P13 = U13 I1 cos ( I1 , U13 ) = U I cos (φ-π/6 )P23 = U23 I2 cos ( I2 , U23 ) = U I cos (φ+π/6 )

On peut vérifier directement que:P13 + P23 = UI[cos (φ - π/6 ) + cos (φ + π/6 ) ] = UI[ 2.cosφ.cos π/6 ] = √3 UI cos φ P13 + P23 = PP13 - P23 = UI[cos (φ - π/6 ) - cos (φ + π/6 ) ] = UI[ 2.sinφ.sin π/6 ] = UI sin φ

P13 - P23 = Q/√3 Donc Q = √3 (P13 - P23)

U13

V1

V3

V2

I1

I2

U23

φ

φ

φ+π/6

φ-π/6

En régime équilibré, la méthode des deux wattmètres fournit donc des renseignements précis sur le système

étudié : P = P13 + P23

Q = √3 (P13 - P23) où P13 et P23 sont algébriques

tg φ = Q/PP13 et P23 considérées séparément n’ont toujours aucun rapport avec la puissance dissipée dans une phase, mais onpeut tout de même tirer quelques renseignements dans certains cas particulier :P13= P23 ↔ φ = 0 → cos φ = 1 P13 < 0 si φ < -π/3 P13= 0 ↔ φ = -π/3 → cos φ = 0,5 P23 < 0 si φ > +π/3 P23= 0 ↔ φ = +π/3 → cos φ = 0,5

Amélioration du facteur de puissance " cos φ "Pourquoi améliorer le facteur de puissanceUne trop grande consommation d'énergie réactive (facteur de puissance faible) pour une installation électrique vaaugmenter considérablement ses courants en ligne bien que sa puissance active n'est pas changée.Pour limiter les courants en ligne et donc l'énergie réactive absorbée par l'installation, on doit donc installer des batteries decondensateurs sources d'énergie réactive en parallèle sur notre installation.On appelle cette technique " Compensation de l'énergie réactive ".Cette compensation permet d'améliorer le facteur de puissance (cos ).

Calcul de la capacité des condensateurs de compensationCouplage des condensateurs en triangle

Tension aux bornes d’un condensateur : U

Puissance réactive absorbée par un condensateur : QC1 = - CωU2

(signe – signifie que le condensateur fournit de la puissance réactive)

Puissance réactive absorbée par les trois condensateurs :

QC = 3QC1 = -3CωU2

L1

C

Récepteur

triphasé

équilibré

cos φ

Batterie decondensateurs

cos φ’

L2

L3




Détermination de la capacitéPuissance active Puissance réactive Facteur de puissance

Charge seule P Q = P.tg φ On a cos φ Batteriecondensateurs

0 QC = -3CωU2 0

Charge +condensateurs

P Q ' = Q +QC = P.tg φ’ On veut cos φ’

On en déduit la capacité du condensateur de la manière suivante:

QC = -3CωU2 = Q’- Q Finalement : -3CωU2 = P.tg φ' - P.tg φ

Couplage des condensateurs en étoileEn utilisant le même raisonnement que précédemment, on montre que la capacité du condensateur est donnée parla relation :

Le couplage en étoile est donc moins intéressant puisque la capacité des condensateurs nécessaires est trois foisplus grande que pour le couplage en triangle.Plus la capacité est grande, plus le condensateur est volumineux et onéreux.

ApplicationsEX1 :Etude d’une installation triphaséeL’atelier d’un artisan comporte :

Un moteur asynchrone triphasé dont les caractéristiques sont les suivantes :Puissance utile : Pu = 6,0 kW Rendement : = 92 % cos M = 0,75Le moteur est composé de 3 enroulements couplés en étoile.

Une perceuse équipée d’un moteur triphasé qui absorbe la puissance électrique Pa = 4,0 KW avec un facteur depuissance cos P = 0,80.

Un radiateur électrique triphasé composé de 3 résistances identiques.Les caractéristiques d’une résistance sont : 400 V - 90 .

Cet artisan dispose du réseau triphasé : 230/400 V - 50 Hz.1) Etude du radiateur électrique.1.1) Comment peut-on coupler les trois résistances du radiateur sur le réseau (justifier votre réponse) ?

Choisir le couplage du radiateur.1.2) Calculer la valeur efficace Ir des courants circulant dans chaque résistance.1.3) Calculer les grandeurs suivantes pour ce radiateur :

a) la puissance active Pr ;b) la puissance réactive Qr.

2) Etude du moteur asynchrone.2.1) Représenter le couplage des enroulements du moteur2.2) Calculer les grandeurs suivantes pour ce moteur :

a) la puissance active Pm ;b) la valeur efficace des courants en ligne Im ;c) la puissance réactive Qm.d) la puissance apparente Sm.


P (tg φ - tg φ’) C =

3ωU2

P (tg φ - tg φ’) C =

3ωV2

P (tg φ - tg φ’) =

ωU2



3) Etude de l’ensemble moteur, perceuse et radiateur3.1) Calculer les grandeurs suivantes pour l’ensemble moteur, perceuse et radiateur :

a) la puissance active P ;b) la puissance réactive Q ;c) la puissance apparente S ;d) la valeur efficace I des courants en ligne ;e) le facteur de puissance cos .

4) Relèvement du facteur de puissance.4.1) Calculer la valeur de la capacité C des trois condensateurs à placer en triangle telle que le facteur de puissance del’installation moteur, perceuse, radiateur et condensateurs soit égal à cos’ = 0,98.4.2) Calculer alors la nouvelle valeur efficace I’ des courants de ligne de la nouvelle installation.

EX2 :

Trois récepteurs identiques ont des impédances de même module Z.Ils sont couplés en triangle sur un réseau triphasé220/380 V, 50 Hz. La puissance est mesurée par la méthode desdeux wattmètres : P12 = 868W et P23 = -132W1. Calculer les puissances active et réactive.2. Calculer l'intensité efficace du courant dans un fil de ligne.3. Calculer Z.Les trois récepteurs Sont maintenant associés en étoile.4. Calculer l’intensité efficace d’un courant en ligne.5. Calculer les puissances active et réactive et comparer aux valeurs du 1. Le résultat était-il prévisible?

EX3 :Un récepteur triphasé est formé de trois bobinesidentiques. Chaque bobine est représentée parune inductanceL = 0,10 H en série avec une résistanceR = 40 Ω.

Les trois éléments sont alimentés par un réseautriphasé équilibré 220/380 V ; 50 Hz. Le schémaest donné ci-dessous

1. Quel est le couplage des bobines.1.2. Déterminer l’intensité du courant traversant le fil neutre.1.3. Déterminer la valeur efficace de la tension aux bornes d’une des trois bobines.2. Calculer l’impédance Z d’une bobine.3. Calculer l’intensité du courant I1.4. Calculer le déphasage de l’intensité i1 par rapport à la tension v1.5. La puissance indiquée par le wattmètre est de 750 W. On prend pour valeur efficace de l’intensité traversant une

bobine I = 4,32 A et un déphasage de 38°. Calculer en précisant les formules, pour le récepteur triphasé :5.1. le facteur de puissance5.2. la puissance apparente5.3. la puissance active5.4. la puissance réactive6. On veut relever le facteur de puissance du système à 0,95. Pour cela, on couple en triangle trois condensateurs

identiques C.6.1. Déterminer la valeur efficace de la tension appliquée aux bornes d’un condensateur.6.2. Calculer la capacité d’un condensateur.




Pour être acheminée depuis les centrales de production vers les consommateurs, l’électricité emprunte deschemins successifs qui sont « comparables au réseau routier. »Les différentes étapes de l’alimentation électrique sont :

La production. Le réseau de grand transport. Le réseau de répartition. Les réseaux de distribution.

RESEAU NATIONALDifférentes tensionsLes générateurs des centrales électriques fournissent généralement une tension comprise entre 5 et 20 KV.Cette tension est élevée à une valeur de 400 KV afin d’être transportée vers les centrales de répartition(dispatching) puis vers les lieux d’utilisation par les réseaux de transport et de distribution de l’énergieélectrique.

Ancienne dénomination Nouvelle dénominationUsageType de ligne Tension alternative Domaine Tension alternative

Très HauteTension (THT)

400KV ou 225KVHaute Tension B

(HTB)>50 000V

Transport d’énergie électrique àlongue distance et international

Haute Tension(HT)

90KV ou 63KVHaute Tension A

(HTA)1KV <U< 50KV

Transport d’énergie électriquedistant, industries lourdes, transportferroviaire

MoyenneTension (MT)

30KV, 20KV ou15KV

Basse Tension B(BTB)

500V<U<1000VTransport et distribution d’énergieélectrique en local : industries, PME,services, commerces

Basse Tension(BT)

400V, 230VBasse Tension A

(BTA)50V<U<500V

Distribution d’énergie électrique :ménages, artisans

Réseau national

Le réseau national possède deux types de ligne : Les lignes de transport : tension supérieure à 20 KV Les lignes de distribution : tension inférieure à 20 KV

Il est organisé en trois niveaux :

Réseau de grand transport et d’interconnexion

Son rôle est de transporter l’électricité des principaux centres de production jusqu’aux zones de consommation. Ilpermet aussi les échanges d’énergie avec les pays voisins. Pour assurer les transits sur de telles distances, la TrèsHaute Tension (THT) est nécessaire afin de minimiser les pertes.

Réseau de répartition

A proximité des zones de consommation des postes de transformation abaissent la tension. Ce sont les points dedépart du réseau de répartition qui achemine un courant à Haute Tension (HT) vers les centres distributeurs et lesgrands clients industriels. Il assure le transport régional et la répartition proprement dite

Réseau de distribution

C’est au réseau de distribution qui amène l’électricité au client final (petites et moyenne industries, tertiaire,particuliers) en moyenne tension (MT) puis en basse tension (BT).

FONCTION ALIMENTER : RESEAU NATIONAL



Schéma général de la production, du transport et de la distribution

Centralehydraulique

Centralethermique

Centralenucléaire

PRODUCTION TRANSPORT

Poste d'interconnexion

Transformateur 400 kV / 225 kV

400 kV

400 kV

HTB / HTA

DISTRIBUTION

SidérurgieONCFMines

Livraison enHTA (20 kV)

20 kV

TransformationHTA/BT

Réseau BT 230 / 400 V

Transport en haute tensionLe réseau électrique national s'étend sur des milliers de kilomètres de lignes électriques. Ces lignes sont constituées decâbles métalliques très longs qui sont des conducteurs électriques imparfaits. Ainsi, lorsque des courants électriques deforte intensité traversent ces câbles, une partie de l'énergie transportée est transformée en chaleur par effet joule et doncperdue. Afin de limiter ces pertes d'énergie, il est nécessaire de diminuer l'intensité du courant donc d'augmenter la tensionaux bornes de la ligneL’énergie produite par les différents sites de production doit être acheminée sur tout le territoire. Cet acheminement estréalisé par des lignes aériennes ou souterraines.

Lignes aériennes

A haute et très haute tension, les lignes de transport sont aériennes dans leur grandemajorité. Elles sont constituées de conducteurs nus en alliage d’aluminium et desupports (pylônes). Leur diamètre augmente avec la puissance à transporter.Elles sont composées de câbles; elles transportent essentiellement du courant alternatiftriphasé. On regroupe en général deux circuits sur une seule ligne

Tension KV Distance entre phases (m) Distance du sol (m)225 6 11400 10 13

Lignes Souterraines

Les liaisons souterraines nécessitent des câbles de fabrication plus complexe. Ils sont constitués d’une partie conductricecentrale en cuivre ou en aluminium, l’âme du câble, entourée d’une gaine isolante en matière synthétique.En MT, ces câbles sont enterrés dans de simples tranchées. En HT et THT, c’est un peu plus compliqué. Toutefois lerecours aux liaisons souterraines entraîne un coût d’investissement qui est 3 à 5 fois supérieur à l’aérien en HT et 5 à 7 foisen THT.

Mouvements d’énergieIl faut qu'à chaque instant la puissance demandée par les abonnés soit égale à la puissance fournie par ONE. Il faut aussi àchaque instant que l'énergie livrée soit :

à une fréquence fixe, à une tension fixe, à une puissance variable




Variation de la demande d'énergie

Au cours d’une journée de 24 heures, la consommation d’électricité suit l’activité du pays. Elle varie égalementen fonction des jours de la semaine et des saisons

Centres de répartition (Dispatching national)

C'est là que des opérateurs spécialisés surveillent etpilotent le réseau électrique, 24 heures sur 24. Pourcela, ils sont à l'écoute du réseau afin d'ajuster lesoffres de production aux demandes de consommation.

Postes d’interconnexionFonction Structure

Ils assurent la liaison entre les centrales de productiond'énergie électrique et le réseau de transport etd'interconnexion.Des transformateurs de puissance permettent deséchanges d'énergie entre réseaux et différentes tensions.

Tp : Transformateur de potentiel.S1 : Sectionneur de ligne.Tc : Transformateur de courant.D1 : Disjoncteur.S2-S3 : Sectionneurs de liaison avec les 2 jeux de barres.

Arrivée1 : 400KV

Arrivée2 : 400KV

Départ : 225KV T1

T2

150/400KV

Départ : 150KV

225/400KV

Tp

Tp

Tc

Tc

S2 S3

S1 D1

2 jeux de barres

Réseau de distribution d’énergie MT/BT

A partir de postes sources alimentés par le réseau de transport, O.N.E distribue l'énergie en moyenne tension(HTA) 20 kV, mais il existe encore des réseaux en 5, 10, 15 kV ou en 24 ou 30 kV.On distingue deux types de réseaux moyenne tension :

réseau aérien surtout en zone rurale réseau souterrain en zone urbaine

Réseau en zone rurale

Ce sont essentiellement des lignes aériennes assez longues, assurant une distribution avec une faible puissance àdes utilisateurs très dispersés.

Réseau en zone urbaine

I1 s'agit surtout de câbles souterrains, qui ne sont pas influencés par les intempéries (orage par exemple). Lapuissance installée est beaucoup plus importante par unité de surface.




Structure des réseaux de distribution

Alimentation en antenne Alimentation en coupure d’artèreAlimentation en doubledérivation

À partir d'un poste-source alimenté parle réseau de transport d'énergie, uneartère principale du 20 kV dessert despostes de transformation 20kV/400Vdisposés en multiples dérivationscomme une grappe. Cette structure estutilisée pour l’alimentation des usagersen milieu rural par ligne aérienne.

Tous les postes HTA/BT sont branchés endérivation sur une boucle ouverte en unpoint dit point de coupure, proche dumilieu de la boucle. Tous les appareils decoupure de l’artère sont fermés, sauf un.

Chaque poste est alimenté par deuxcâbles avec permutationautomatique en cas de manque detension sur l'une des deux arrivées,ce qui permet d'assurer une grandecontinuité de l'alimentation.Cette disposition est surtout utiliséeen souterrain et dans les grandesvilles.

Avantage : simple à mettre en place etéconomiqueInconvénient : lorsqu’un défautintervient sur la ligne de distribution,les postes de distribution placés en avalne sont plus alimentés

Avantage : bonne continuité de serviceInconvénient : solution coûteuse

Avantage : bonne continuité deserviceInconvénient : solution trèscoûteuse.

Poste de transformation HTA/BT (poste de livraison)

Un poste de transformation reçoit l’énergie en 20 KV et la transforme en 400 V, la puissance du transformateur est fonctiondu nombre d’abonné et de la puissance demandée individuellement.En fonction des besoins en énergie de l’utilisateur, la puissance installée chez le client varie de 3 à 36 KVA pour ledomestique et de 36 à 250 KVA pour les professionnels.

Conception générale d’un poste de transformation

Le poste de livraison comporte essentiellement de l'appareillage et un ou plusieurs transformateurs afin d'assurer lesfonctions suivantes :

dérivation du courant sur le réseau; protection du transformateur coté HT; transformation HT/BT; protection du transformateur coté BT; comptage d'énergie




Différents types de postes de livraisonPoste sur poteau Poste préfabriqué Postes d’intérieur

Le transformateur etl’appareillage sont fixes sur lepoteau, l'alimentation estaérienne, le départ s'effectue enaérien ou en souterrain.Protection : Cote haute tension,protection contre la foudre paréclateur. Cote basse tension, undisjoncteur protège letransformateur contre lessurintensités.

Ces postes peuvent être soit en bas depoteau soit sur une plate-formeextérieure. Le raccordement s'effectuepar câble soit au réseau aérien, soit auréseau souterrain.Le tableau BT comporte un interrupteuravec fusibles ou un disjoncteur aveccoupure visible.La puissance du transformateur estcomprise entre 100 KVA et 1000 KVA.

L'installation d'un poste de livraison enintérieur se justifie lorsqu'on doit protégerl'appareillage HT et BT du poste contre lesfortes variations de température, ou dans lecas de puissances importantes.On distingue les postes dont l'appareillageHT est sous enveloppe métallique (cellules),des postes équipés d'appareillage HT sansenveloppe; ces derniers sont pratiquementremplacés par des postes avec cellulespréfabriquées métalliques ; ils présententl'avantage d'une meilleure sécurité, et d'unemise en place rapide.

Exemple : Poste avec cellules préfabriquées métalliques

Cellules préfabriquées métalliques

Ces cellules sont juxtaposées à la demande et permettent de réaliser n'importe quelle disposition de poste delivraison. Chaque fabriquant propose son jeu de cellules préfabriquées.




3 cellules 4 cellules 3 cellules

Mesure et comptageMesures électriques sur les réseaux

Les données en provenance des capteurs placés sur le réseau sont traitées par l’unité de protection et de contrôlequi commande les actionneurs sur le réseau.

Capteur de courant (TC) Capteur de Tension (TP)

Ce sont des transformateurs de courant. Ils permettent : d'adapter le courant à mesurer aux appareils de

mesure. d'isoler le circuit de puissance du circuit de mesureCaractéristiques :Courant primaire : 10, 15, …, 500 ACourant secondaire : 1 à 5 A

Ce sont des transformateurs de tension et permettent: d'adapter la tension aux calibres des appareils de

mesures isoler le circuit de puissance des circuits de

mesuresCaractéristiques :Tension primaire : 3.5, 10, 20, 30 kV (H.T.A.)Tension secondaire : 100, 110 V (B.T.)

Exploitation des mesures

Les valeurs d'intensité et de tension à la sortie des transformateurs (TC et TP) sont l'image exacte des valeurs duréseau H.T.A.. Ces images sont exploitées pour le comptage de l'énergie, les mesures de déphasages, depuissance, de courant, de tension. Elles sont aussi exploitées pour la protection des personnes et des biens.

ComptageCompteur monophasé - principe de fonctionnement

Les compteurs d'énergie fonctionnentsur le principe des moteursd'induction, et comportent desenroulements parcourus parl'intensité I et par la tension U.Le nombre de tours d'un disque estproportionnel à l'énergie consomméedans le circuit.



SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C page 15/65

Branchement d'un compteur triphasé

L'énergie active et l'énergie réactive sontmesurées selon les mêmes principes que lesmesures de puissances actives et réactivesen triphasé. Pour les intensités supérieures à64 A on dispose de transformateurs decourant.

Pour les abonnés aux réseaux HT Possession d'un seul transformateurPossession d'un seul transformateur

Si le poste de livraison necomporte qu'un seultransformateur (HT/BT - P maxi1250 kVA), le comptages'effectue en basse tension (BT).La tarification tient compte despertes du transformateur.

Possession d'un ou plusieurs transformateurs

Si le poste de livraison comporte: soit un transformateur de

P > 1250 kVA, soit plusieurs transformateurs

(courant assigné du poste HT400 A),

Le comptage est réalisé sur lahaute tension (HT).


Wh

Tc

Tc

Tp

Wh

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Transformateur monophaséPhoto Symbole normalisé

RôleLe transformateur est utilisé pour adapter (élever ou abaisser) une tension aux besoins de l’utilisation

Constitution et principe de fonctionnement

Circuit magnétique

Primaire Secondaire

Enroulement primaire Enroulement secondaire

SourceU1

U2Charge

Il est constitué de 2 enroulements placés sur un circuit magnétique fermé : Le primaire est alimenté par le réseau et se comporte comme un récepteur. Il crée un champ et un flux

magnétique (t) alternatif) dans le circuit magnétique feuilleté. Le secondaire est soumis à la variation de ce flux, il est le siège d'une f.é.m. induite due à la loi de Lenz

et alimente la charge.Un transformateur qui produit une tension plus grande est dit élévateur de tension, à l'inverse il est ditabaisseur de tension.

Transformateur parfaitHypothèses simplificatrices

- Circuit magnétique fermé de perméabilité infinie (pas de fuites de flux et pas de pertes de fer).- Enroulements primaire et secondaire de résistance nulle (pas de pertes par effet joule dans les enroulements).

Relations entre les tensionsA chaque instant, chaque spire est traversée par le même flux magnétique.

Au primaire Au secondaire

et u1 = - e1 U1 = - E1 = j ω N1 Φ (1) et u2 = e2 U2 = E2 = - j ω N2 Φ (2)

Tension d’alimentationAdapter

la tensionTension d’utilisation

e2 = - N2dΦ

dte1 = - N1

dΦ dt




Rapport de transformation

On tire immédiatement : les tensions u1 et u2 sont en opposition de phase.

La relation entre les valeurs efficaces U1 et U2 ne tient pas compte du déphasage :m est le rapport de transformation du transformateur.

Formule de Boucherot

L’équation (1) donne en valeur efficace :U1 = E1 = ω N1 Φ = 2 π f N1 Φmax /√2 = 4,44 f N1 Φmax

Soit : U1 = 4,44. f. N1.s.Bmax et U2 = 4,44. f .N2 .s.Bmax

oùU, E : (valeurs efficaces) en (V),B : (champ magnétique) en Tesla (T),s : (section de fer) en (m2)f : (fréquence) en (Hz).

Relations entre les intensités

Bilan des puissances: P1 = P2 (transformateur parfait) soit le rendement est : η = P2/P1

Comme 12 on a: S1= S2 = U1 I1= U2 I2

Schéma électrique équivalent et diagramme de Fresnel

Un transformateur parfait est alimenté au primaire par une tension sinusoïdale u1. Il alimente une charge Zc,telle que le courant i2 présente un déphasage d’un angle φ2 avec la tension u2.

2

1 U2

I2

U1

I1

i2i1

u1 u2 Z2m

L’intensité du courant I2 dépend de la charge appliquée au secondaire, il en est de même pour le facteur depuissance cos φ2. Ces deux grandeurs imposent l’intensité du courant I1 appelé au primaire, ainsi que le facteurde puissance du primaire, sachant que φ1 = φ2.

Transformateur réelEn éliminant toutes les hypothèses précédentes

L1R1i1

u1

e1

L2 R2 i2

u2

e2Lm RF

i10

- mi2

Relations entre les tensions

Le circuit du primaire peut se mettre en équation comme suit : U1 = - E1 + R1.I1 + j L1 ω.I1

Le circuit du secondaire peut se mettre en équation comme suit : U2 = E2 - R2.I2 - j L2 ω.I2

u2

u1= -

e2

e1

N2

N1

= - = - m

m =U2

U1

m =U2

U1

=I1

I2




Relations entre les intensités

La relation s’écrit :

Avec i10, intensité du courant absorbé par le primaire du transformateur à vide.

Comportement simplifié dans l'hypothèse de Kapp

L’hypothèse de Kapp permet de négliger le courant i10 vis à vis de i1 si bien que i1 et i2 sont dans le rapport detransformation

Schéma équivalent simplifié ramené au secondaireLe modèle de Thévenin équivalent au transformateur vu du secondaire consiste à ramener tous les éléments dutransformateur sur le circuit du secondaire. Connaissant la charge, il sera aisé de calculer les paramètres électriques dutransformateur complet.Les éléments R1 et X1 = L1ω peuvent être déplacés au secondaire en les multipliant par m2, ainsi :

Le secondaire se comporte comme une source de tension :

• de f.é.m.: U20 = m U1

• d'impédance ZS = √ XS2 + RS

2 avec : RS = (R2+m2 R1) et XS = (X2 + m2 X1)

Il peut se mettre en équation comme suit : U2 =U20 - (RS + jXS) I2 = U20 - ZS I2

En valeur efficace : U2 =U20 -ΔU2 avec ΔU2 chute de tension au secondaire

m2 L1m2 R1i1

u1

e1

L2R2 i2

u2e2m

i1

u1

e1

LSRS i2

u2e2 = u20mmu1

Xs Rs i2

u2

ZS

Calcul approché de la chute de tension au secondaire

Le calcul de la chute de tension peut être alors réalisé à l’aide d’une formule approchée :

ΔU2 =U20 -U2 = RSI2 cos φ2 + XSI2 sin φ2

Détermination des éléments RS et XS

A partir de ces deux essais : Essai à vide Essai en court-circuit

-N2

N1

i2 = i1o – m i2i1 = i1o




Essai à vide Essai en court circuitI10

U1N U20

A W

V1 V2

I1CC

Tension

réduiteA

W

V

I2CC = I2n

Pour U1 = U1N, on mesure U20 et P10

On calcule :le rapport de transformation du transformateurOn tire :Puisque I10 est très faible donc PJ10 << P10.

Finalement : essai à vide P10 = Pfer

Cet essai doit être réalisé sous tension réduite U1CC (sinondestruction du transformateur)Pour I2cc = I2n, on mesure: U1CC et P1CC.

On calcule : Rs = P1CC /I22

Zs = mU1CC /I2CC et Xs = √ ZS2- RS

2

Rendement du transformateurMéthode directe

Cette méthode consiste à mesurer avec deux wattmètres P1 et P2. η = P2 / P1

Méthode indirecte ou méthode des pertes séparéesCette méthode consiste à évaluer les différentes pertes dans les conditions nominales d’utilisation.

Remarque : le rendement est maximal lorsque pertes fer et pertes Joule sont identiques.

Applications

Ex1 :Un transformateur monophasé a été soumis a un essai à vide : U1= 220V, U20= 110V, I10= 0,3A, P10=10W.L’enroulement primaire présente une résistance R1= 8 Ω et le secondaire, une résistance R2= 2 Ω. On néglige les fuites magnétiques.1) Déterminer le facteur de puissance à vide.2) Le courant appelé par le secondaire étant I2 = 2 A, en phase avec la tension U2, calculer :

a- la tension U2 obtenue, le primaire restant alimenté sous 220V.b- le rendement du transformateur.

Ex2 :Un transformateur monophasé a été soumis à un essai à vide :U1= 220V, U20= 110V, I10= 0,3A, P10=10WL’enroulement primaire présente une résistance R1 8 et le secondaire, une résistanceR 2 2 .1) Déterminer le facteur de puissance à vide.2) Le courant appelé par le secondaire étant I 2=2 A, en phase avec la tension U2, calculer:

la tension U2 obtenue, le primaire restant alimenté sous 220V. le rendement du transformateur.

m =U20

U1

P2

P1

η =U2.I2.cosφ2

U2.I2.cosφ2 + P10 +RS.I22=


L.Technique

SI – Chaine d’énergie –

Transforma

ConstitutionCircuit magnétiq

Le circuit magnempilage de tôles

Isolées ende Foucau

à cristaux assemblée

magnétiqu

Circuit électriqu

Il comprend les epermettant les cotransformateurs trsecondaires.

Couplage

Comme tous les rétriangle. De la mêmPar convention :

- les born- les born

1ére lettre (mCouplage

2ème lettre (mcouplage se

3ème le

Indice h

Classe : 2 STE

unité A.D.C page 20/65 www.chari.123.ma

teurs triphasésPhotos Symbole normalisé

ue

étique canalise le flux magnétique. Il est constitué d’un. Ces tôles sont :tre elles par oxydation (diminutions des pertes par courantlt) ;orientés (diminution des pertes par hystérésis) ;s en alterné pour limiter l’entrefer ( réductions des fuiteses).

Culasse supérieure

Culasse inférieure

e

nroulements primaires et secondaires ainsi que les élémentsnnexions avec les circuits extérieurs. Pour lesiphasés, il y a 3 enroulements primaires et 3 enroulements

cepteurs triphasés, le primaire d’un transformateur peut avoir ses enroulements couplés en étoile ou ene façon, les bobines secondaires pourront être connectées en étoile, en triangle ou en zig- zag.

es haute tension sont repérées par des lettres majuscules : A , B , C.es basse tension sont repérées par des lettres minuscules : a , b , c.

ajuscule)primaire

Y Couplage étoile

D Couplage triangle

Z Couplage zig-zag (nécessite des enroulements à point milieu)

inuscule)condaire

y, d ou z Idem

ttre N ou n Neutre sorti

oraire 0, 1,2,…, 11 Retard de la BT sur la HT exprimé en multiple de 30°




Indice horaire

Les conditions de couplage des enroulements primaires et secondaires ont aussi pour effet d’introduire undéphasage entre des tensions primaires et secondaires et homologues, c’est à dire apparaissant entre les bornesdésignées par des mêmes lettres (VA , Va) ou (UAB , Uab).

En pratique, le déphasage θ obtenu est toujours un multiple entier de ± 30°. θ = retard d’une tension BT sur son homologue HT.

L’indice horaire I est : I = θ / 30° 0 ≤ I ≤ 11 (entier)

Caractéristiques d'un transformateur triphaséLa plaque signalétique d'un transformateur donne les principales caractéristiques électriques et de raccordement.

• La puissance assignée (en KVA).• Les tensions primaire et secondaire assignées (en V ou KV).• Les courants primaire et secondaire assignés (en A ou KA).• La fréquence d'emploi (50 Hz).• Les couplages côtés HT et BT.• L'indice horaire.• La tension de court-circuit (pourcentage de la tension primaire assignée pour obtenir le courant nominal au

secondaire, lorsque le secondaire est en court-circuit).• Le mode de refroidissement.


Dyn11 Représentation de Fresnel

VaUAB

On pose le vecteur Averticalement (HT).Le triangle représente lecouplage au primaire

Vecteur aau vecteurAB car lestensions Vaet UAB sonten phase.

a indique 11hdonc l’indicehoraire est 11



Protection des personnes : Régimes de neutreNécessité de la liaison à la terre

L'énergie électrique demeure dangereuse et la majorité des accidents est due aux défauts d'isolement des récepteurs.La masse des récepteurs doit donc être reliée à la terre pour assurer une tension de contact la plus faible possible.Quelle que soit la cause de ces défauts, ils présentent des risques pour :

• la vie des personnes• la conservation des biens• la disponibilité de l’énergie électrique.

Pour la liaison à la terre, plusieurs solutions existent qui se trouvent dans la famille des Schémas de Liaison à la Terre(SLT) appelés "régimes de neutre".Tous assurent la sécurité des personnes avec chacun des avantages et des inconvénients en fonction des besoins del'utilisateur.

Les trois régimes de neutre.SLT NEUTRE du transformateur MASSE du récepteurTT Terre TerreTN Terre NeutreIT Isolé ou Impédant Terre

Régime TTCaractéristiques

Déclenchement des protections au 1er défaut. Le neutre du transformateur d’alimentation est relié à la terre. Les masses sont interconnectées et reliées à la terre.

Schéma

Rd : résistance de défaut. Rd = 0,1 Rn : résistance de prise de terre. Rn =10 Ru : résistance de prise de terre des masses. Ru =10

Uc = Ru x Id = 10 x 11,4 = 114 V Tension mortelle

Protection

Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection doivent être interconnectées et reliées parun conducteur de protection (PE) à une même prise de terre.

La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : Ru. I∆n < UL

I∆n : Courant de fonctionnement du dispositif de protection ; Ru : résistance de la prise de terre des masses ; UL : tension de contact limite : UL = 50V, 25V selon les locaux.

Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel placé à l’origine del’installation. Dans ce cas, le courant I∆n est égal au courant différentiel résiduel du disjoncteur.

Id

Uc

Défaut

RuRn

Rd230V

Id =U

Rd+Rn+Ru=

230

0,1+10+10= 11,4 A




Régime TN

Le neutre de l’alimentation est relié à la terre et les masses sont reliées au neutre.Tout défaut d’isolement est transformé en un défaut entre phase et neutre.Ce qui se traduit par un court-circuit phase neutre.

Régime TNC

Le conducteur de protection et le neutre sont confondus enun seul conducteur PEN :Protection Electrique + NeutreSection des conducteurs actifs 10 mm²On utilise l’appareillage tripolaire.

Régime TNS

Le conducteur neutre est séparé du conducteur de protectionélectrique PE.

Utilisation de matériel tétra polaire.

Dans les deux cas, la protection doit être assurée par coupureau premier défaut .

Boucle de Défaut

Les prises de terre du neutre et des masses sontinterconnectées.En cas de défaut, un courant Id circule dans le conducteurPE ou PEN.

Court circuit donc Id est important. Déclenchement des protections.

Caractéristiques

déclenchement au premier défaut. répartition des prises de terre dans toute l’installation. défaut d’isolement phase/masse est transformé en défaut phase/neutre. aucune élévation du potentiel des masses

ProtectionUn défaut d’isolement se traduit par un court-circuitLe courant de défaut n’est limité que par la résistance des conducteurs :

Il faut vérifier que les dispositifs de protection réagissent en un temps infésoit pour un disjoncteur :

Il faut pour les fusibles If < Id (courant de fusion du fusible).

PEN

PE

N

PENId

I magnétique < 0,8 .V. Sph / ρ . l. (1+m) av


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rieur à celui imposé par la norme,

Id = 0,8V / (Rph + Rpe)

ec m = Sph / Spe



Régime IT

Le neutre est isolé de la terre, ou relié à la terre par uneimpédance.Les masses sont reliées à une prise de terre.Ru : R de la prise de terre.Rn : R de la terre du neutre.Zn : Impédance d’isolement Rn

Zn

Ru

PE

Boucle de défaut

Premierdéfaut

Le premier défaut est inoffensif. Id est très faible.Exemple de calcul :Zn = 2200 Rn = 10 - Ru = 10 Id = V / Ztotal = 220 /(2200+10+10)Id = 0,1 ATension de défaut :Ud = Ru x IdUd = 10 x 0,1 = 1V Tension non dangereuseLa coupure n’est pas impérative

Deuxièmedéfaut Rn

Zn

Id

Ru

PEUc

En cas de double défaut, il y a présence d’un fort courant de court circuit (entre phase) et d’une tension decontact (Uc) dangereuse. Coupure automatique obligatoire.Deux cas se présentent : masses séparées : protection par dispositif différentiel : Régime TT. masses communes : protection contre les surintensités : Régime TN.

Caractéristiques

le premier défaut doit être signalé par un contrôleur permanent d’isolement (CPI), par un signal sonore ou visuel. la coupure est obligatoire au deuxième défaut. un personnel de surveillance doit être capable de réparer au 1er défaut.

Fonctionnement du CPI

Cet appareil contrôle en permanence l’isolement du réseau.Un générateur injecte du courant continu entre le réseau et la terre.a) Absence de défaut : le courant continu ne circule pas entre le

réseau et la terre.b) Présence de défaut : un faible courant est débité sur le réseau

et le relais actionne les alarmes.Cet appareil signale l’apparition du 1er défaut

Rn

Zn

Id

Ru

PE

Relais de

détection

SignalisationMesure




Application :

Sachant que :

Rn : la résistance duneutre à la Terre.

Ru : la résistancede la prise de Terre.

Rc = 1000 Ω : la résistance corporelle.Rd : la résistance dedéfaut.

Caractéristique de l’installation : 230V / 400V ; régime TT ; disjoncteur 30A/ 500mA.1/ La phase 1 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de défaut Rd =20 Ω .

a- Représenter le parcours du courant de fuite IC 1 .

b- Calculer la valeur de ce courant de fuite.c- Calculer la tension de contact UC 1 à laquelle est soumise la personne.d- Calculer alors l’intensité IC 1 qui traverse la personne.e- Le différentiel déclenche – t – il ? Pourquoi ?

2/ Le défaut de la première machine est réparé. La phase 2 de la machine 2 touche la carcasse de celle-ci.La résistance de contact est de 100 Ω. a- A quel potentiel se trouve la carcasse ?b- Une personne touche la carcasse de cette machine ; à quel potentiel est –elle soumise ? Calculer le courant qui la

traverse IC2.

c- Le différentiel déclenche-t-il ? Pourquoi ?3/ Maintenant, les deux défauts sont présents sur chaque machine. Une personne touche d’une main la machine 1 et de l’autrela machine 2 tout en étant isolée de la Terre. Expliquer ce qui se passe (Tension entre les deux mains, courant corporel,danger.

Protection des matérielsDéfauts dans les installations électriques

Tout courant supérieur à la valeur assignée (valeur normale d’emploi)correspondant à un accroissement anormal du courantAccroissement anormal du courant absorbé par le circuit dû à une demande depuissance plus importante.Exemple : plusieurs radiateurs sur une même prise de courant ou moteur

électrique bloqué.Elévation brutale du courant absorbé par le circuit due à un contact électrique entredeux conducteurs de polarité différente.Exemple : 2 conducteurs dénudés qui se touchent.Elévation anormale de la tension due à un défaut d'isolement avec une installationde tension plus élevée, des surtensions atmosphériques, des phénomènes derésonance.

Baisse anormale de la tension.

Surcharge

Courts-circuits

Surintensité

Surtension

Baisse de tension

Défauts



SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

Dispositifs de protection.Fusibles

Photos etreprésentation

F1

1 1 1

2 2 2

Fonction du fusibleIl permet la transmission de l’énergie électrique tout en protégeant contre les courants decourt-circuit.

Caractéristiquesélectriques

L’élément fusible est constitué d’un fil métallique dans une enveloppe fermé.Le fusible fond si le courant qui le traverse dépasse la valeur assignée.Il existe trois types principaux de fusibles : très rapide (prosistor) : protection des semi-conducteurs, standard (type gG): usage général, protection câbles et tout type de récepteurs, lent (type aM (accompagnement Moteur)): démarrage des moteurs, accepte un fort

courant de démarrage durant quelques secondes.

Courbe de fusiond’une cartouchecylindrique type

aM

Choix d'un fusibleOn choisit le ca

à plein nomina


Pour une cartouche cylindrique (10 x 38) 4A, aM , 400 V :Le temps de fusion de ce fusible parcouru par une intensité de 50 A

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libre du fusible égal au courant :e charge de l'installation à protéger pour la classe gG.l du moteur à pleine charge pour la classe aM.

sera de 0,3 s.



Disjoncteurs


Fonction

Organe de commande et de protection, les disjoncteurs sont pratiquement tousmagnétothermiques, c’est-à-dire composé d’un relais de protection thermique (protectioncontre les surcharges moyennes et de longues durées) et d’un relais de protection magnétique(protection contre les surcharges importantes et de courtes durées).Il possède un « pouvoir de coupure » et agit directement sur le circuit de puissance.S’il est différentiel, il permet d'ouvrir le circuit en cas de détection d'un courant de défaut.


Le principe de la détection thermique est le même que pour un relais thermique. La détection magnétique se fait à l’aide d’un bobine capable de détecter très rapidement un

courant de court-circuit (ex : 10 In au bout de 20 ms)Courbes de déclenchement associées en fonction des récepteurs : Courbe B: déclenchement entre 3 et 5 In: pas de pointes de courant, circuit de chauffage. Courbe C: déclenchement entre 5 et 10 In: applications générales, lignes et circuits Courbe D: déclenchement entre 10 et 14 In : circuits à fort courant d’appel, moteurs.

Temps dedéclenchement

d’undisjoncteur

réglé pour uncourant

nominal In

Pour une surcharge de 4 à 5 In, lerelais déclenchera entre 2 et 8 s.

Pour une surcharge de 15 In, le relaisdéclenchera en 10 ms.

Partie thermique(Protection contre les surcharges)

Partie magnétique(Protection contre les courts circuits)




Relais thermique


Fonctiondu relais

thermique

Le relais thermique permet de protéger le moteur contre les surcharges.Il ne possède pas de "pouvoir de coupure", il intervient seulement sur le circuit de commande.C'est à dire qu'il donne l'ordre aux contacts auxiliaires qui lui sont associés et qui sont insérésdans le circuit de commande, d'ouvrir celui-ci.Comme il ne protège pas contre les courants de court-circuit, il doit obligatoirement êtreaccompagné d’un fusible.


Son principe est basé sur l'image thermique du courant.Il agit grâce à des bilames qui se déforment en fonction du courant qui les traversent. Uncourant important qui traverse un bilame échauffe celui-ci et vient alors agir sur un contact.Le relais protège les moteurs contre :

les surcharges (augmentation anormale du courant pendant un temps assez long), les coupures de phase où les déséquilibres de celles-ci.

Temps dedéclenchement

d’un relaisthermique

réglé pour uncourant

nominal In

Pour une surcharge de1,2 In, le relaisdéclenchera en 4 m.

Pour une surcharge de2 In, le relaisdéclenchera en 35 s.

Pour une surcharge de4 In, le relaisdéclenchera en 10 s.


12

34

F2

56

97

98

pôles depuissance

pôlesauxiliaires

95

96

SCHEMA PUISSANCEreseau triphasé

SCHEMA COMMANDE

KM1

95

96

km1

F2

S2

12

34

56

F2

SCHEMA PUISSANCEreseau monophasé

SCHEMA PUISSANCEreseau continu

12

34

56

F2

L1 L2 L3 N Ph +



Dispositifs de protection moyenne tension

Destinés à la protection des réseaux de distribution, et des postes de transformation

Fusibles moyenne tension Disjoncteur moyenne tension

Fusibles MT Fusarc de chez Schneider ElectricDisjoncteur moyenne tension pour l’intérieur de chez

Schneider Electric

Caractéristiques

• tension assignée : 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36KV;• pouvoir de coupure : 20 – 32 – 40 – 50 - 63 KA ;• courant assigné: 6,3 - 10 - 16 – 20 – 25 - 31,5 – 40 -

50 – 63 - 80 -100 –125 - 160 - 200 - 250 A.

Ces disjoncteurs utilisent la coupure dans l’hexafluorure desoufre (SF6) pour l'isolement et la coupure.Caractéristiques : tension assignée : 7,2 - 17,5 - 24 – 36 kV ; courant de courte durée admissible : 12,5 – 16 – 20 – 25

kA ; courant assigné : 400 – 630 – 1 250 A.




IntroductionNécessité de la conversion d’énergieLes différents réseaux électriques industriels alimentent de nombreux actionneurs. Cette énergie apparaît sous deux formes :alternative (tensions ou courants sinusoïdaux à valeur moyenne nulle) ou continue.Suivant le type d’actionneur, il est nécessaire d’adapter la forme de l’énergie fournie par le réseau

Classification des convertisseurs statiquesType de convertisseur Energie en entrée Energie en sortie Réglage de la puissance

Redresseur à diodes Alternatif Continu NonRedresseur à thyristors Alternatif Continu OuiHacheur Continu Continu OuiOnduleur Continu Alternatif OuiGradateur Alternatif Alternatif Oui

RedresseursGénéralitéLe redresseur permet la conversion d'une tension alternative en une tension continue.On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau dedistribution alternatif.

Redresseurs à diodes (non commandés)

Dans ses redresseurs, l’élément commutateur utilisé est la diode.

Diode

La diode est un dipôle passif polarisé.En électrotechnique, la diode est équivalente à un interrupteur unidirectionnel non commandé.

Aspect

Repère de la Caractéristique d’une diode parfaite

i

vAK

Diode

passante

Diode bloquée

v Diode se comporte

comme un interrupteur

Diode se comporte

comme un interrupteur

Symbole

vAK

AK

i

JonctionA KP NAnode Cathode

Source alternative ( ) Redresseur oucommutateur

Récepteur à courant continu (--)

FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES



Redresseur monophasé (Charge résistive)Redresseur simple alternanceSchéma du montage

VD R u

iv

D

iD

Analyse du fonctionnement

La diode est parfaitev (θ) = V√2 sin θ 0 < θ < π v > 0 alternance positive

D est passante (interrupteur fermé) vD = 0

Loi des mailles donne : v – vD – u = 0Donc : u = v >0

π < θ < 2π v < 0 alternance négative

D se bloque (interrupteur ouvert) i = 0

Grandeurs caractéristiques

Valeur moyenne de la tension u Valeur efficace de

u = V√2/π U = V√2

VDR u

iv

iD = 0

VDR u

iv

iD = i


v est la tension d’entrée du montage.u est la tension de sortie.vD est la tension aux bornes de la diode

Oscillogrammes

θ

v

u

i

vD

iD

0 π 2π 3π 4π

Diodes passantes

R est la charge résistive.

i = 0u = Ri = 0vD = v

VD = 0u = vi = u/R = v/R

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D D D

la tension uTension maximale supportée par la

diode

/2 VDmax = V√2


SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C page 3

Redresseur double alternance PD2 (Pont de Graëtz)Schéma du montage

i

D4D2

D3D1

iD1

u

i'

vD1

RA

B

v

M

N

Analyse du fonctionnement0 < θ < π v > 0 vA > vB

D1 et D4 sont passantes vD1 = 0 et vD4 = 0(Interrupteurs fermés)Le courant i circule la maille suivante :

A D1 R D4 B

i

D4D2

D3D1

u

i'

vD1

RA

B

v

M

N

π < θ < 2π v < 0 vB > vA

D2 et D3 sont passantes vD2 = 0 et vD3 = 0(Interrupteurs fermés)Le courant i circule la maille suivante :

B D3 R D2 A

i

D4D2

D3D1

u

i'

vD1

RA

B

v

M

N

v

u

i

vD

iD

vD1 = vD4 = 0 et vD3 = vD2 = - v

vD2 = vD3 = 0 et vD1 = vD4 = v


v est la tension d’entrée du montage.u est la tension de sortie.vD1 est la tension aux bornes de la diode D1

Oscillogrammes

θ 0 π 2π 3π 4π


u = vM –vN = vA –vB = vi = u / R = v / R et i’ = i

1

1

Diodes passantesD1 et D4 D1 et D4 D1 et D4D2 et D3 D2 et D3

u = vM –vN = vB –vA = - vi = u / R = -v / R et i’ = - i

2/65 www.chari.123.ma


SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C page 33/

Grandeurs caractéristiquesValeur moyenne de la tension u Valeur efficace de la tension u Tension maximale supportée par la diode

u = 2V√2/π U = V VDmax = V√2

Redresseur monophasé (Charge R.L.E.)Redresseur double alternance PD2 (Pont de Graëtz)Schéma du montage

i

D2D4

D3D1

i1u

i'

VD1

RA

B

v

M

N

L

E

Analyse du fonctionnement

En électronique de puissance, pour de forts débits ducourant, le lissage se fait par une inductance.L’ondulation du courant alors diminue.Le courant ne passe plus par zéro.C’est le régime de conduction ininterrompue oucontinue.

Si l’inductance est assez grande, on peut considérerle lissage comme parfait : le courant i est constant.

La tension u est imposée par le réseau, à traversle transformateur et le pont de Graëtz.Le courant i est lissé par la bobine d’inductance L.Son intensité est imposée par la charge R, E.

Pour les autres grandeurs :

Alternance positiveiD1 = ii' = ivD1 = 0 i’ = -i


v est la tension d’entrée du montage.u est la tension de sortie.vD1 est la tension aux bornes de la diode D1.

R est la résistance de la charge.L est l’inductance de la charge.

Oscillogrammes

θ

v

u

i

vD1

iD1

0 π 2π 3π 4π

i'

E est la f.é.m. de la charge

Alternance négativeiD1 = 0vD1 = -u = v

65 www.chari.123.ma

Diodes passantes

D1 et D4 D1 et D4 D1 et D4D2 et D3 D2 et D3



Redresseur triphasé (Charge résistive)

Lorsque la puissance demandée par le récepteur atteint une certaine valeur (> 10 KW), il est intéressant del’alimenter à partir du réseau triphasé.

Redresseur triphasé PD3Schéma de montage

i

D3’D1’

D3D1

iD1

ui1

VD1

v1

M

N

E

D2

D2’

v2

v3

R

iD1’

12

3

Le pont redresseur comporte: 3 diodes pour l’aller: D1, D2, D3, 3 diodes pour le retour: D1’, D2’, D3’,

Les diodes sont parfaites

Analyse du fonctionnement OscillogrammesvM = v1, v2 ou v3 la plus positive à l'instant considéré :

vM est constitué donc par les «calottes supérieures»des sinusoïdes v1, v2, v3.

vN = v1, v2 ou v3 la plus négative à l'instant considéré :vN est constitué donc par les «calottes inférieures»des sinusoïdes v1, v2, v3.La tension u = vM - vN.. Elle est périodique, depériode π/3 en θ. Soit de fréquence :f ‘ = 6 x 50 = 300 Hz. (Si la fréquence du réseau est 50 Hz)

π/6 < θ < π/2 vM = v1 = V√2 sin θ vN = v2 = V√2 sin (θ - 2π/3) Le courant i circule la maille suivante :

1 D1 R D2’ 2D’où :u = vM - vN = V√2√3 sin (θ + π/6) Le courant dans la charge :i = u/RLe courant dans une diode :Le courant dans les diodes est égal à :

i lorsque la diode considérée est passante 0 si la diode est bloquée.

iD1 = i lorsque D1 conduitLe courant demandé par la source triphasée :i1 = iD1 - iD1’ (loi des nœuds)

Lorsque π/6 < θ < 5π/6 i1 = i Lorsque 7π/6 < θ < 11π/6 i1 = - i

v1 v2 v3

π 2π π/

6

π/

2

i

v1 v2 v3

π 2π π/

6

π/

2

0

v1 v2 v3

π 2π θ

D1

D2

D3

D1’

D2’

D3’

u

vD1

i1

u32 u12 u13 u23 u21 u31 u32 u12

0 i i 0 - i - i 0 i

π/6 π/2

u

0 1 1 0 0 0 0 1

0 0 0 1 1 0 0 0

1 0 0 0 0 1 1 0

0 0 0 0 1 1 0 0

1 1 0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0 0 0

0 0 0 u12 u12 u13 u13 0




Grandeurs caractéristique

Valeur moyenne de la tension u Valeur moyenne du courant iDTension maximale supportée par la

diode

iD = i / 3 VDmax = V√3√2

Redresseur triphasé (Charge R.L.E.)Redresseur triphasé PD3

Schéma de montage Analyse du fonctionnement

i

D3’D1’

D3D1

iD1

ui1

vD1

v1

M

N

E

D2

D2’

v2

v3

RiD1’

1

3

L

2

L’inductance L est suffisante pour que le courant i soitconsidéré constant.

La tension u a la même forme que le montage précédent(c.à.d. charge résistive).

Grandeurs caractéristique

Valeur moyenne de la tension u Valeur moyenne du courant iDTension maximale supportée par la

diode

iD = i / 3 VDmax = V√3√2

3√3 V√2 π

u =


3√3 V√2 π

u =



Redresseurs à thyristors (commandés)L’intérêt du redressement commandé et qu’il permette de faire varier la tension moyenne ensortie du pont et donc de faire varier par exemple la vitesse de rotation d’un moteur à courantcontinu.

Thyristor

En électrotechnique, le thyristor est équivalent à un interrupteur unidirectionnel commandé à la fermeture.

Aspect

Symbole

vAK

A K

G

JonctionGâchette

P N P NA K

G

Anode Cathode

Amorçage d’un thyristorMontage Conclusion

R iG

Pour amorcer un thyristor : il faut que la tension vAK soitpositive et un courant de gâchette suffisant le temps que iAK

s’établisse. Le thyristor se comporte alors comme uninterrupteur fermé.

Pour bloquer le thyristor : il faut annuler le courant iAK

ou appliquer une tension vAK négative. Le thyristor secomporte alors comme un interrupteur ouvert. On ferme K1 : lampe est éteinte donc Th est bloqué.

On ferme K2 : lampe s’allume donc Th est passant. On ouvre K2 : lampe reste allumée donc Th est passant. On ouvre K1 : lampe s’éteint donc Th se bloque. On ferme K1 : lampe reste éteinte donc Th est bloqué.




Redresseur monophasé à thyristors (Charge résistive)Redresseur simple alternanceSchéma du montage

vT R u

iv

T

iT

Analyse du fonctionnementLe thyristor est supposé parfait.v (θ) = V√2 sin θ 0 < θ < π v > 0

Pas d’impulsion sur la gâchette : u = 0 et i = 0 Loi des mailles donne : v – vAK – u = 0

vAK = v – u = v >0donc le thyristor est susceptible d’être amorcé.L’amorçage s’effectue avec le retard t0, qui correspondà l’angle α=ω.t0 appelé l’angle de retard àl’amorçage,après chaque début de période T.à θ = α le thyristor est amorcé

à θ = π Le courant i s’annule ce qui bloque le thyristor.

π < θ < 2π v < 0Si l’on envoie un courant de gâchette alors que latension est négative, le thyristor reste bloqué


Valeur moyenne de la tension u Valeur efficace de

u = V√2/π .(1+cos α ) /2 U = V√2/2.√ (1- α /π

vT = 0u = vi = u/R = v/R

i = 0u = Ri = 0vT = v

vTR u

iv

vTR u

iv


v: est la tension d’entrée du montage.u: est la tension de sortie.vT : est la tension aux bornes du thyristor

5 www.chari.123.ma

Oscillogrammes

la tension uTension maximale supportée par le

thyristor + sin2α /2 π)

vTmax = V√2

θ

v

u

i

vT

iT

0 π 2π 3π 4π

Thyristors passants

α

T T

R : est la charge résistive.


SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C page

Redresseur mixte double alternance PD2 (Pont de Graëtz)Schéma du montage

i

D2D1

T2T1

iT1

u

i'vT1

RA

Bv

M

N

iD1

Analyse du fonctionnementθ = α : v > 0 vA > vB

Le thyristor T1 est susceptible d’être amorcé.I l est amorcé, le courant i circule la maille :

A T1 charge D2 BOn en déduit que :

Lorsque θ franchit π v < 0 vB > vA

le thyristor T2 est susceptible d’être amorcémais il ne sera amorcé que lorsque θ = π + α . Par contre D2 se met à conduire dés que θ > π Ainsi (π < θ < π + α ), la charge est court-circuitéepar T1 et D2 d’où u = 0θ = π + α : v < 0 vB > vA

T2 est amorcé, le courant i circule la maille :B T2 charge D1 A

On en déduit que :


Valeur moyenne de la tension u Valeur efficace d

u = 2V√2/π .(1+cos α) /2 U = V√(1- α /π

iT1


vT2 = vD1 = - v

u = vM –vN = vB –vA = - vi = u / R = -v / Ri’ = - ivT2 = vD1 = 0vT1 = vD2 = v

v est la tension d’entrée du montage.u est la tension de sortie.vT1 est la tension aux bornes du thyristor T1

Oscillogrammes

θ

v

u

0 π 2π 3π 4πα


u = vM –vN = vA –vB = vi = u / R = v / Ri’ = ivT1= vD2 = 0

38/65 www.chari.123.ma

e la tension uTension maximale supportée par les

éléments

+ sin2α/2π) vTmax = V√2

vDmax = V√2

i

vT1

et iD2

Eléments passants

T1 et D2 T1 et D2T2 et D1 T2 et D1



Onduleur autonomeL’onduleur permet la conversion d'une tension continue en une tension alternative.Il est autonome lorsqu’il impose sa propre fréquence à la charge

Onduleur monophasé (Débit sur charge résistive)Interrupteurs électroniquesL’interrupteur peut être à transistor (ou thyristor si grande puissance), plus une diode de récupération(indispensable si la charge est. inductive).

DT

i

K

i

DT

K ouvert ↔ T bloque et D en inverseK fermé ↔ T commandé :

- si i > 0 : T conduit- si i < 0 : D conduit

CommandesLa commande dans un onduleur peut être : symétrique, décalé ou MLI

Commande symétrique

Il s’agit d’actionner alternativement les interrupteurs K1 et K2 (K1, K4 et K2, K3) durant des intervalles de temps réguliers.

MontageOnduleur en demi-pont à deux interrupteurs Onduleur en pont à quatre interrupteurs

u

i

K1

K2

V

+

+

V

i1

v1

u

i

K1

K2

V+

i1

K3

K4

v1

Analyse du fonctionnement OscillogrammesOnduleur en demi-pont(à deux interrupteurs)

0 < t < T/2K1 est fermé v1 = 0K2 est ouvert i2 = 0 u = Vi = i1 = V/Rv2 = V + u = 2.V

T/2 < t <TK1 est ouvert i1 = 0K2 est fermé v2 = 0

u = -Vi = -i2 = -V/Rv1 = V - u = 2.V

Onduleur en pont(à quatre interrupteurs)

0 < t < T/2K1 et K4 sont fermés v1 = v4 = 0K2 et K3 sont ouverts i2 = i3 = 0 u = Vi = i1 = V/Rv2 = v3 = u = V

T/2 < t <TK1 et K4 sont ouverts i1 = i4 = 0K2 et K3 sont fermés v2 = v3 = 0 u = -Vi = -i2 = -V/Rv1 = - u = -(-V) = V

Ond ½ pontOnd en pont

T/2 T

V

V

-V

V/R

-V/R

i

i1

v1

u

K1 K2 K1

K1 et K4 K1 et K4K2 et K3

Eléments


Source continue ( -- ) Onduleurautonome

Récepteur à courant alternatif



Commande décalée (onduleur en pont)Montage

Dans la commande précédente la tension, ainsi que lecourant, sont riches en harmoniques ce qui pose desproblèmes pour une utilisation avec des moteurs(pertes joules, couples pulsatoires …).La commande décalée permet d'éliminer en partie cesharmoniques et améliore donc le convertisseur.

u

i

K1

K2

V+

i1

K3

K4

v1

Analyse du fonctionnement Oscillogrammes

La fermeture des interrupteurs d’un bras estdécalée de l'angle α0 < t < αK1et K3 sont fermés u = 0α < t < T/2K1et K4 sont fermés u = VT/2 < t <T/2+α K2et K4 sont fermés u = 0T/2+α < t <T K2et K3 sont fermés u = -V

V

-V

u

T/2 T

Interrupteurs

fermésα T/2+α

K1

K4 K3

K2

K3

Commande par modulation de largeur d’impulsion : MLI

Ici, il y a modulation par un signal modulant sinusoïdal. Pour obtenir la tension de commande des transistors, oncompare un signal triangulaire appelé porteuse au signal modulant sinusoïdal de fréquence beaucoup plus faible.La tension aux bornes de la charge est fragmentée en plusieurs impulsions de tension (négative et positive). Cettefragmentation permet si elle est savamment calculée d’éliminer les harmoniques gênants. L’allure de la tensionMLI permet de se rendre compte du principe de cette commande.

Principe de commande MLI du bras K1 – K2

-

- V

+ V

Porteuse et modulante

Us

Us : Signal de

commande

+

-

Comparateur

Porteuse

Modulant




GradateurGénéralitéLe gradateur est un convertisseur alternatif - alternatif, capable de faire varier la tension efficaceaux bornes d'une charge.

Source alternativeGradateur Récepteur à courant alternatif

Gradateur monophasé (débit sur charge résistive)Interrupteurs électroniques

L’interrupteur est constitué par deux thyristorstête-bêche.Pour les faibles puissances, les deux thyristorssont remplacés par un triac.

Triac2 thyristors

tête-bêche

MontageT1

T2v

R

uuv

Triac

A1 A2

G R

A A

BB

CommandesLes deux thyristors doivent être commandés avec le même angle de retard α pour obtenir une tension u alternative (valeur moyenne nulle). Deux modes de commande de l'énergie transférée à la source sont possibles :

Commande par la phaseAnalyse du fonctionnement Oscillogrammes

la variation de la valeur efficace U est obtenue en agissant surl'angle de retard α. 0 << π : v > 0 vA > vB

Le thyristor T1 est susceptible d’être amorcé.A θ = α T1 est amorcé, le courant i circule la maille :

A T1 R BOn en déduit que :

u = vi = u / R = v / R

T1 se bloque naturellement en i = 0). << 2 : v < 0 vB > vA

Le thyristor T2 est susceptible d’être amorcé.A θ = α T2 est amorcé, le courant i circule la maille :

B R T2 AOn en déduit que :

u = vi = u / R = v / R

T2 se bloque naturellement en i = 0).

θ

v

u

i

0 π 2π 3π 4π

Thyristors passants

α

T1 T1T2 T2

~~





Valeur moyenne de la tension u Valeur efficace de la tension uTension maximale supportée

par les éléments

u = 0 (tension alternative) U = V.√ (1- α /π + sin2α /2 π)vTmax = V√2

Commande par train d'ondesAnalyse du fonctionnement Oscillogrammes

Dans ce type de gradateur, le signal envoyé surl’entrée de commande du gradateur est de type TOR

T : période du réseauTON : Durée du train d'ondes, (Temps de conduction)Tc: Temps de cycle du gradateur


Valeur moyenne de la tension u Valeur efficace de la tension uTension maximale supportée par les

élémentsu = 0 (tension alternative)

U = V.√α a vec α=T O N /T c vTmax = V√2




Intérêt de la modulation d'énergieLa modulation d'énergie permet de modifier les paramètres des actionneurs en fonction de l'évolution duprocessus.Pour un actionneur électrique (moteur), le changement de vitesse est assuré par un variateur de vitesse.Pour un actionneur pneumatique (vérin) ou hydraulique, le déplacement est réalisé par un distributeurproportionnel.

Variateurs industriels pour moteur asynchroneIntérêt de la variation de la vitesse

De nombreux systèmes industriels entraînés par des moteurs électriques utilisent la variation de vitesse pouroptimiser leur fonctionnement. Deux technologies permettent d'obtenir cette variation de vitesse :

la technologie mécanique (boîte de vitesse, système poulies- courroie, système pignon-chaine, ...)

la technologie électronique (convertisseur d'énergie).

Avantages des convertisseurs électroniques

diminution des pertes mécaniques présentes dans les variateurs mécaniques (poulies et courroies,engrenages),

limitation voire suppression des surintensités lors du démarrage,

adaptation précise de la vitesse et modification facile,

allongement de la durée de vie des constituants mécaniques des systèmes (moins d'à-coups),

limitation du bruit, économies d'énergie.

Généralités

Deux types de moteurs sont présents sur les systèmes :

Les moteurs à courant continu : leur vitesse est proportionnelle à la tension d'alimentation.

Les moteurs asynchrones : leur vitesse est proportionnelle à la fréquence d'alimentation.

Les variateurs de vitesses sont des systèmes qui convertissent les caractéristiques d'une alimentation enfonction d'une consigne donnée. Ils ont plusieurs fonctions parmi lesquelles :

Le démarrage : le moteur passe de la vitesse nulle jusqu'à sa vitesse établie en un temps prédéfini et enévitant les pointes d'intensité.

La variation de vitesse : modification de la fréquence de rotation du moteur par accélération oudécélération en un temps donné.

La régulation : la fréquence de rotation du moteur est maintenue constante quelles que soient lesfluctuations de la charge (dans certaines limites).

Le freinage : le moteur passe d'une vitesse établie à une vitesse inférieure (ralentissement) ou à la vitessenulle (arrêt) avec maintien en position possible.

L'inversion du sens de rotation : permet de faire fonctionner le moteur dans les deux sens de rotation. La récupération d'énergie : permet lors d'un ralentissement ou d'un freinage des systèmes de transformer

l'énergie mécanique en énergie électrique. Dans ce cas, le moteur fonctionne en génératrice et l'énergierécupérée peut être soit dissipée dans des résistances, soit utilisée pour recharger des batteries ou encoreréinjectée dans le réseau.

FONCTION DISTRIBUER : COMMANDE PAR MODULATION D’ENERGIE



Fonction du variateur de vitesse

MODULER

L’énergieEnergie

électrique

Energie électrique

modulée en fréquence

Energie Réglage (vitesse, rampe…)

Variateur de vitesse

Structure interne

L'ajustement de la largeurdes impulsions et leurrépétition, permettentd'obtenir une fréquencevariable tout en maintenant :le rapport U/f constant.

La tension monophasée ou

triphasée du réseau est convertie

en une tension continue par

l’intermédiaire du pont redresseur

et des condensateurs de filtrage

Filtrage

Réseau triphasé

M1

3~

Pont

onduleur

Pont

redresseur

Tension

moteur Courant moteur0

Tension a l'entrée

de l'onduleur

Cette tension continue est

découpée par un pont

onduleur pour donner une

succession d’impulsions de

largeur variable (M.L.I)




Exemple ALTIVAR 11 (doc Telemecanique)Photo Borniers puissance

Disposition, caractéristiques et fonctions des bornes contrôle




Schéma de branchement

Paramétrageles paramètres les plus importantssont : BFR : fréquence de base : il faut

choisir la même fréquence quecelle du réseau (50 Hz)

ItH : Protection thermique dumoteur : il faut régler ItH àl’intensité nominale du moteur

ACC et DEC : ramped’accélération et de décélération

Les rampes sont définies de 0 àBFR, si l’on effectue une rampe de 0à 25 Hz en 5s, il faut entrer 10s dansle paramètre ACC.

Temps (s)

25 Hz

Fréquence (Hz)

Rampe

d’accélération

Rampe de

décélération

BFR

(50Hz)


Commande du sens direct(Li1) et inverse (Li2)

Vitessesprésélectionnées

Réseau triphasé

Potentiomètrede consigne

Moteur triphasé200…230 V Module et résistance de

freinage éventuels



Distributeur proportionnelPhoto et symbole

Comparaison des fonctionnementsDistributeur « Tout Ou Rien » (TOR)

La bobine du distributeur n’est pas alimentée, tous lesorifices du distributeur sont fermés.

Lorsque la bobine du distributeur TOR est alimentée, le tiroirse déplace complètement à droite, permettant le passagetotal du débit

Distributeur à commande proportionnelle

La consigne est nulle (0V) : tous les orifices dudistributeur sont fermés.

La consigne est non nulle mais de faible valeur. La force dela bobine proportionnelle a déplacé le tiroir en opposition àl’action mécanique du ressort jusqu’à une positiond’équilibre. Le débitest faible.La consigne est maximale. La force plus importante de labobine a déplacé complètement le tiroir à droite. Le débitpassant par le distributeur est maximal.

Schéma de principe d’un dispositif à commande proportionnelle

Le distributeur proportionnel est piloté par une consigne formée d’une tension de valeur comprise entre 0 et 10 V.La consigne est donnée par un API (Automate Programmable Industriel) ou à partir d'un potentiomètre. Elle transmet audistributeur proportionnel, via une carte d’amplification, l'ordre d'atteindre une pression ou un débit souhaité(e).



SI – Chaine d’énergie

La machine synLorsqu'elle fonc

Alternateur

Constitution

L’inducteud’aimants p

L’induit, c

Inducteur (por

Il a pour rôle deL’inducteur comIl existe 2 types

Très robuste, ilrotation élevéesIl est utilisé dancentrales nucléa

Induit (porté pa

Constitué de troformant trois cid’un angle convtriphasés.

FONCTION CONVERTIR : MACHINE SYNCHRONE

– unité A.D

chrone etionne e

triph

r, constiermane

onstitué

té par le

créer unporte 2d’induc

Rotor

Rotor à

permet d(> 3000s les cenires.

r le stat

is grouprcuits (uenable (

.C page 48/65 www.chari.123.ma

st un convertisseur réversible. Elle peut fonctionner soit en génératrice soit en moteur.n génératrice, la machine synchrone prend le nom d'alternateur.

aséPhoto Symbole normalisé

Induit

InducteurGSGS

tué d’électroaimants parcourus par un courant continu, ou parfois simplement constituénts (porté par le rotor).d’enroulements monophasés ou triphasés (porté par le stator)

rotor)

champ magnétique tournant à l’aide d’un rotor magnétisant mis en rotation..p pôles (p : paires de pôles).teurs :

à pôles lisses Rotor à pôles saillants

pôles lisses p = 1

N

SRotor à pôles saillants p = 2

NN

S

S

’obtenir des fréquences detr/min).trales thermiques et les

Tournant moins vite, et de ce fait fournissant moins depuissance, il est utilisé dans les centrales hydrauliques et lesgroupes électrogènes.

or)

es de conducteurs logés dans des encochesn pour chaque phase) décalés les uns des autres120°) et fournissant de ce fait des courants


SI – Chaine d’énergie – unité A.D.

Caractéristiques de lFréquence des f.é.m. ind

Les enroulements de l’inmagnétique tournant à lasynchronisme.Il apparaît donc aux bornf.é.m. induites de fréquen

Valeur efficace de la f.é.

Chaque enroulement géne = - NS dΦ/dt, dont la v

E = K.p.n.N.Φmax

Couplage des alternateu

La f.é.m. induite définiedonc la valeur efficace d'composée s'ils sont coupl

Exemple : A vide, si E =

Coupla

V

U = √3

Excitation des alternateu

Lorsque l’alternateur estLorsque l’inducteur est cpar :

une source extérie l’induit lui-même

de diodes afin de

C page 49/65 www.chari.123.ma

’alternateuruites

duit sont soumis à un champfréquence n dite fréquence de

es des enroulements de l’induit desce f telles que : f = p.n

Avec :p : nombre de paires de pôlesn : fréquence de rotation du champ tournantf : fréquence des f.é.m. induites

m. induite par un enroulement

ère une f.é.m. induitealeur efficace s’exprime :

= K.f.N.Φmax

Avec :K : coefficient de Kapp qui ne dépend que des

caractéristiques technologiques de l’alternateur.N : nombre de conducteurs actifs par enroulementΦmax : flux utile maximal sous un pôle

rs triphasés

précédemment est générée par chacun des enroulements. La formule précédente donneune tension simple si les enroulements sont couplés en étoile, et la valeur d'une tensionés en triangle.

230 V par phase.

ge en étoile Couplage en triangle

U U U

.E = 400 V U = E = 230 V

rs

à aimants permanents, il n’a pas besoin d’être excité.onstitué d’électro-aimants, ils doivent être traversés par des courants continus fourni

ure reliée au rotor par un système de bagues et de balais.: une partie des courants triphasés fournis par l’induit sont redressés à l’aide d’un pontpouvoir alimenter directement l’inducteur : l’alternateur est alors dit auto excité


L.Technique

SI – Chaine d’énergie – unité A.

Fonctionnement enModélisation d’une ph

Pour étudier l'alternateude l'alternateur par uneet une réactance synchr

V = E -

Diagramme vectoriel (

RI : Chute ohmique auXS I : Chute inductive d

Remarque : Si R est né

Détermination de la réOn peut facilement déteéquivalent, à l'aide de d

essai à vide E = essai en court-ci

On a alors les deux cara

Pour un courant d'excitdonc :ICC0 et E0 , on en dédui

Z = E0 / ICC0 et XS =√

La réactance est généraenroulement, d’où :

Bilan des puissanceBilan des puissances

PuisL'alternateur reçoit unefournie par le moteur d

PM

Classe : 2 STE

D.C page 50/65 www.chari.123.ma

chargease de l’alternateur

r triphasé, on modélise une phasef.é.m. E en série avec une résistance Rone XS

RI – j XS IE

V

R XS I

synchrone)

niveau de chaque enroulement induitue à la self de fuite et à la réaction d'induit.

gligeable, la représentation se simplifie.

I

φRI

jXSI

E

V

actance synchronerminer les éléments du modèle électriqueeux essais :f(Ie)rcuit ICC = f(Ie)ctéristiques ICC = f (Ie) et E = f (Ie).

ation donné Ie0 (zone linéaire), on connaît

t XS.

Z2 - R2

lement très grande devant la résistance d'un

Z = E0/ ICC0 ≈ XS

s et rendement

sance reçue Puissance restituéepuissance mécanique PM qui lui est

'entraînement= CM Ω

Il restitue une partie de cette puissance sous la forme depuissance électrique P qui est reçue par la charge :

P = √3 U I cos φ

E(Ie)

ICC(Ie)

Ie0

ICC0

E0



SI – Chaine d’énergie – unité A.D

Bilan des pertes de puisPertes ne dépen

(appelées pertes « constanLes pertes mécaniques pm

rotation; les pertes dans leet du flux dans la machineutilisée à fréquence et tensentre le fonctionnement àpleine charge.On les considère donc com

Expression du rendeme

Dans le cas général, nousfonction des différentes pe

Moteur synchroneRéversibilité de l’alt

Expérience

Couplons un alternateur trréseau, puis supprimons l’du moteur.

Fonctionnement : CCouple électromagnétiqu

La rotation du système e

μ: moment magn B : champ magn

Soit en module :Cem

L’évolution du couple e

C moteur

Zone

stableCmax

0 π/2


sancedant pas de la charge Pertes par effet Joule

tes »)dépendent de la fréquence defer pf dépendent de la fréquence. Pour une machine synchroneion constantes, elles varient peuvide et le fonctionnement à

me constantes.

Dans l'inducteur :la puissance perdue par effet Joule est égale à : pje = Ue Ie.Avec Ue : la tension continue aux bornes de l'inducteur;

Ie : l'intensité du courant d'excitation. Dans l'induit :la puissance pjs perdue par effet Joule est égale à :

PJS =

Avec R la résistance mesurée entre deux bornes de phase dela machine

nt

pouvons exprimer le rendement enrtes de puissance :

η = √3 U I cos φ

√3 U I cos φ + pm + pf + pje + pjs

ernateurConstatation Déduction

iphasé sur lealimentation

Le groupe continue toujours àtourner, l’alternateur est converti enmoteur.

Puisque le moteur tourne à la vitesse desynchronisme n = f/p, on l’appellemoteur synchrone

ouple moteure

st assurée par le couple:

C = μ . B étique du rotor

étique du stator

= μ .B .sin θ

B

μ

S

N

FN

S

Ω

θ

n fonction de θ

Si θ = 0 C = 0 moteur est en arrêt Si 0 < θ < π/2 C est croissant moteur en marche (fonctionnement statique stable).

Si π/2 < θ < π C est décroissant moteur décroche.

Zone instable

Le moteur décroche

π θ

32

R I2



SI – Chaine d’énergie – unité A.D.

Schéma équivalent. EEquation

E = V - R.I - j Xs.I

soit V = E + R.I + j Xs.I

Av

La machine synchrone est probuste que le moteur à couSon rendement est proche dOn peut régler son facteur dle courant d’excitation Ie.

Moteur synchroneLes moteurs synchrones auIls sont utilisés en commancouple à l’arrêt.

Schéma de principe

Le capteur de position (synvoulu. La vitesse de rotatio

Réseau

triphasé Redres

Varia

Commande en position

Pour commander le moteurLa position réelle du rotordu couple :A l’arrêt sur la position sou 0 < θPour obtenir l’accélération

L’angle interne est fixé à θ

Commande en vitesse

Pour travailler en vitesse coLa position du champ stato

C page 52/65 www.chari.123.ma

quation .DiagrammeSchéma équivalent Diagramme

V

jXSI

RI

E

I

φ θ

I est en arrière sur VE

V

R XS I

antages Inconvénients

lus facile à réaliser et plusrant continu.e 99%.e puissance cos φ en modifiant

Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.Il faut une excitation, c’est-à-dire une deuxième sourced’énergie.Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteurdécroche et s’arrête.

autopilotétopilotés sont aussi appelés moteurs Brushless ou moteurs autosynchrones.de d’axe de robots : on peut les commander en vitesse ou les commander en position avec un

chro-résolveur) règle l’instant d’amorçage et de blocage des interrupteurs de manière à avoir le n fixe la fréquence d’alimentation de la machine et impose le synchronisme entre V et E.

seur

Commutateur

électronique

Onduleur MLI

Capteur de

position qui

repère l’axe

Moteur synchrone

Moteur Brushlessteur

Phases du

moteur Axe du

moteur

Commande

en position on détermine le champ statorique dans la direction de la position recherchée.est donnée avec un angle qui peut varier légèrement autour de la position recherchée, en fonction

haitée, l’angle interne θ dépend de la valeur du couple à l’arrêt < π /2 0 < C < Cmax.la plus rapide possible, il faut travailler avec le couple maximum Cmax.

= π /2. Cmax = μ Bmax

nstante, il faut déterminer l’angle interne en fonction de la valeur du couple fourni.rique est calculée en fonction de la position du rotor et du couple.




Moteur asynchroPhot

Constitution

Le moteur asynchrone est

Stator (partie fixe dPrésentation

Il est identique à celui desdes encoches.Ces enroulements sont pafréquence n = f / p et à

Couplage sur le réseau

Sur la plaque signalétiqueCela signifie que, quelquecorrespondant à la valeuradapté.Exemple : Indication sur

Schéma de brancheme

Les moteurs triphasés pospositionnement de trois ba

Rotor (partie mobileLe rotor n'est relié à aucu

Rotor à

Il porte un ensemble de baaluminium, logées dans uLes extrémités des barresconductrices.


ne triphaséo Symbole normalisé

3M

3M

Moteur àrotor à cage

Moteur àrotor bobiné.

constitué de deux parties distinctes : le stator et le rotor.

u moteur)

machines synchrones, c’est à dire constitué de 3 enroulements formés de conducteurs logés dans

rcourus par des courants triphasés, d’où la création d’un champ magnétique tournant à lala vitesse Ω = ω / p

d’un moteur asynchrone, il apparaît une indication concernant les tensions (ex : 127V/230V).soit le réseau, chaque enroulement doit être soumis, au régime nominal, à la tension

indiquée la plus faible (ici 127V). En fonction du réseau, il faudra donc réaliser le couplage

la plaque signalétique : 230V / 400V Chaque enroulement doit donc être soumis à 230 V.

nt

sèdent 3 enroulements qui sont reliés à 6 bornes repérées U1, V1, W1 et U2, V2, W2 ; lerrettes permet d'alimenter le moteur sous deux tensions différentes

Couplage étoile Couplage triangle

du moteur)ne alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation n'. Il existe 2 possibilités :

cage d'écureuil Rotor bobiné

rres conductrices, très souvent enn empilement de tôles.sont réunies par deux couronnes

Le rotor comporte des encoches dans lesquelles sont logésdes conducteurs formant un enroulement triphasé.Les enroulements sont généralement accessibles parl’intermédiaire de 3 bagues et de 3 balais, permettant ainsi demodifier les caractéristiques de la machine.

FONCTION CONVERTIR : MOTEUR ASYNCHRONE



FonctionnementLe stator crée au niveau dla fréquence n = f/p.Le rotor, soumis à ce chamrotation en entraînant la roRemarque : En charge, ce

Glissement

Fréquence des courant

Le rotor voit un champ sta

Bilan des puissancePuissance absorbée et p

Puissance absorbée :

P = √3U I cos

S = √3U I Q = √3U I sin

Puissance utile :PU = CU Ω’ avec P

Puissance transmise au

Cette puissance est transm

Ptr = P – Pfs - Pjs = C

Puissance sur le rotor: Pr

Pertes constantes

Les pertes mécaniques pm

flux dans la machine. Poufonctionnement à vide et lOn les considère donc com

Pertes joulePertes

Si r est la résistance d’unePJS = 3 rI2 pour le couplaPJS = 3 rj2 pour le couplaSi R est la résistance entrel’intensité en ligne alors :

g =n – n’

n=

Ω Ω – Ω


e l’entrefer un champ magnétique tournant à la vitesse = / p (vitesses de synchronisme) et à

p tournant, génère des courants induits qui, conformément à la loi de Lenz, s’opposent à cettetation du rotor dans le même sens, à la vitesse ’ (à la fréquence n’).tte vitesse ’ est toujours légèrement inférieure à .

n : vitesse de rotation de synchronisme du champtournant (tr/s)

n’ : vitesse de rotation du rotor (tr/s)ng : vitesse de glissement (tr/s) ng = n – n’

soit : n’ = (1 – g) nn’ = 0 g = 1n’ = n g = 0

s induits

torique tournant à la fréquence de glissement ng = g.n. Soit : fg = g.f = fr

suissance utile

Pa

Pu

U = P - ∑ Pertes.

rotor

ise au rotor par le couple électromagnétique

e Ω avec Ce: moment du couple électromagnétique en Nm.

Ω : vitesse angulaire synchronisme (2..n) en rad/s.

= Ptr – Pjr = Ce Ω’ avec Ce: moment du couple en Nm.Ω’: vitesse angulaire rotor (2..n’) en rad/s.

dépendent de la fréquence de rotation; les pertes dans le fer pf dépendent de la fréquence et dur un moteur asynchrone utilisé à fréquence et tension constantes, elles varient peu entre lee fonctionnement à pleine charge.me constantes.

Joule Stator Pertes Joule Rotor

phase du stator :ge étoilege trianglephase du stator couplé et I

PJS = 3/2 RI2

Pjr = g Ptr

avec Ptr: puissance transmise au rotorg: glissement.

’



SI – Chaine d’énergie – unité A

Rendement

η

CaractéristiquesFonctionnement à vide

A vide le moteur n'entrConséquence : le glisseA vide: g = 0 et donc

Fonctionnement en ch

Le moteur est maintenaau mouvement du rotorEn régime permanent, o

Caractéristique mécan

Le point de fonctionnemcaractéristique mécaniqcaractérise le couple résLa caractéristique mécaest un segment de droi

Pour la tracer, il suffit d Premier point donné

Cu = a n’ + b

Le second se déduit

Le point de fonctionnemfacilement le glissemenprécis.

.D.C page 55/65 www.chari.123.ma

= = =PU

P

CU Ω’

√3U I cos

P – Pjs – Pfs – Pjr - Pm

P

aîne pas de charge.ment est nul est le moteur tourne à la vitesse de synchronisme.

n’ = n et la puissance absorbée P0 = Pmec + Pfs + Pjs0

arge

nt chargé, c'est-à-dire que l’arbre de ce dernier entraîne une charge résistante qui s’oppose.u régime établi : Cu = Cr

ique CU = f (n’)

ent se trouve sur l’intersection de laue du moteur et de la courbe quiistant de la charge.nique du moteur dans sa partie utilete (d’équation de forme y = ax + b).

e deux points :par l’étude d’un cas précis :

de l’essai à vide : 0 = a n + b

ent (Cu1 ; n’1) permet de calculer trèst et la puissance utile dans ce cas bien

n' (tr/s)n'1

Cu1

0

Cr (Nm)

Cu (Nm)

n




Problème posé par l

Lors de la mise sous tensiintensité peut provoquer d

Démarrage directPrincipe

C'est le mode de démarsimple dans lequel le stdirectement couplé surLe moteur démarre surcaractéristiques naturell

Ce démarrage est utilisécourant à la mise sous tperturbe pas le réseau (ctension dans les câbles)

Démarrage étoile-trPrincipe

Ce démarrage consiste à cstator en étoile pendant lepuis à rétablir le couplageIl se fait en 2 temps :Premier temps :On démarre en étoile, chaenroulement reçoit une tefois inférieure à sa tensionConséquence : l’intensitédivisée par 3.Second temps :2 à 3 secondes après, on btriangle puis on y reste.

Inconvénient : le couple adémarrage est également3 !

Conséquence:

Ce procédé n'est possible

Ce démarrage convientcouple résistant : ventila


e démarrage des moteurs asynchrones triphasés

on d'un moteur, l'appel de courant Id sur le réseau est souvent important (4 à 8In). Cette fortees chutes de tension en ligne. C’est le cas du démarrage direct.

Courbes

rage le plusator estle réseau.seses.

lorsque leension nehutes de

.

iangleCourbes

oupler ledémarrage,en triangle

quension √3

nominale.absorbée est

ascule en

udivisé par

que si le moteur a été conçu pour fonctionner en triangle sous la tension composée du réseau.

aux machines de moyenne puissance (P<50KW) démarrant de préférence à vide ou à faibleteurs, machines-outils....




Schéma d’un démarreCircuit de comma

KM1

A1

A2

KM2

A1

A2

21

2KM3 K

KM55

56KM2

13

14

KM1

13

14

KM2S23

4

2

1

S1

96

95

F2Q1 F1

Réduction de courant deRéduction du couple daLes bilames de F2 mesu

Démarrage par grad

Le moteur asynchrone tgradateur qui provoqueOn peut réduire l’intenssur l’angle de commandPour limiter l’appel de cce qui limite le couple mpermanence que le coupdu système à entraîner


ur étoile / trianglende Circuit de puissance Fonctionnement

KM3

A1

A2

21

22

M1

67

682

1

2KM2

3

4

5

6

1

2Q1

3

4

5

6

KM1

2 4 6

1 53

F2

1

2KM3

3

4

5

6

U1 V1 W1

M1

W2 U2 V2

1

2

3

4

5

6

Ordre de marche

Temporisation

Ouverture de KM1

Ordre d’arrêt

0

1

3

2

KM1

KM2

KM2 KM3

KM2

ligne dans le rapport √3.ns le rapport 3.rent le courant J et pas le courant de ligne I. On règle donc le thermique à In/√3.

ateur de tension (démarreur électronique)Principe Circuit de puissance

riphasé est alimenté par l’intermédiaire d’unla montée progressive de la tension.ité de démarrage à une valeur précise en agissante des thyristors.ourant au démarrage, on réduit la tension efficaceoteur au démarrage. On doit donc s’assurer enle de démarrage soit supérieur au couple résistant



SI – Chaine d’énergie – unité A.

Démarrage rotoriquPrincipe

Le démarrage rotoriquerotorique afin de limitecourt-circuite les enrou

Schéma d’un démarreuCircuit de comma

S23

4

KM1

A1

A2

KM

A1

A2

6

14

13KM1

2

1

S1

96

95

F2Q1 F1

Ce type de démarrage est

Exemple de plaque

Fréquen

T

T

D.C page 58/65 www.chari.123.ma

e

consiste à insérer, dans un premier temps, des résistances en série avec l’enroulementr les courants rotoriques et ainsi réduire l’appel d’intensité. Dans un deuxième temps onlements rotoriques. Le démarrage est terminé.

r rotoriquende Circuit de puissance Fonctionnement

2

7

68KM1

U1V1 W1

M1

KL

M

1

2KM1

3

4

5

6

1

2Q1

3

4

5

6

2 4 6

1 53

F2

RhH

KM2

1

2

3

4

5

6

Ordre de marche

Temporisation

Ordre d’arrêt

0

1

2

KM1

KM1 KM2

en voie de disparition, le meilleur choix économique étant le variateur électronique.

signalétique

ce nominaleMOT.3~

LS 80 LTN°7345

70BJ002

kg9

IP 55 LcL .F 40°CS1V Hz

mintr/min kW Cos A

230 50 2800 0,75 0,83 3

400 1,9

ension triangle

ension étoile

Vitesse nominale derotation

Puissance utileCourant nominal en ligne étoile

Courantnominalen lignetriangle




Moteurs pas à pasPh

DescriptionUn moteur pas à pas transforpositionnement précis sans bdu rotor un déplacement ang

On distingue 3 catégories tec moteur à aimants pe moteur à reluctance

moteur hybride

Résolution angulaire

Un moteur pas à pas est caravaleur comprise entre 0,9°et

0,9° : soit 400 pas pa 1,8° : soit 200 pas pa 3,6° : soit 100 pas pa 7,5° : soit 48 pas par 15° : soit 24 pas par

La vitesse de rotation est fon

Moteur à aimants permConstitution

Il comprend : un stator à 2 paires de un rotor bipolaire con

Fonctionnement

Les bobines diamétralementNord.En inversant les sens des couet prend une nouvelle positio

CaractéristiquesNombre de pas par Construction pluCouple moteur é Sens de rotation

Automate, PC,

microprocesseurs,

oscillateur (quartz, …)

1


oto Symbole normalisé

M

me des impulsions de commande en une rotation de "n" pas du rotor : il permet donc unoucle d’asservissement. A chaque impulsion du signal de commande correspond au niveauulaire défini appelé « pas ».

hnologiques :rmanentsvariable

ctérisé par sa résolution angulaire ou encore son nombre de pas par tour. Il peut avoir une90°. Les valeurs les plus couramment rencontrées sont :r tourr tourr tourtourtourction de la fréquence des impulsions

anents

pôles (partie fixe)stitué d’un aimant permanent (partie mobile)

opposées constituent les phases. Elles sont connectées de façon à créer un pôle Sud et un pôle

rants dans une phase, on permute les pôles engendrés par une bobine. Le rotor se déplace alorsn d’équilibre stable.

tour plus faible, dû à la difficulté de loger les aimants du rotor.s élaborée.

levé, dû à la puissance des pôles aimantés (Couple proportionnel au courant).lié à l'ordre d'alimentation des bobines et au sens du courant dans les bobines.

Génération des signaux

de commande de

chaque bobine

Circuit de

puissance

(transistors)

Moteurspas à pas

Signal horlogeSensMode (ex: demi-pas) 2

34

FONCTION CONVERTIR : MOTEUR PAS A PAS

L.Technique


Moteurs pas à pas à rConstitution

Ce moteur comporte unerotor ; le rotor n’est pas a

Exemple :Stator 8 pôles et rotor 6 pPas statorique : αs = 360°Pas rotorique : αr = 360°/

Fonctionnement

Quand on alimente les botraverse soit maximal ; laPour rendre la réluctancequ'une seule possibilité pLe nombre de pas par tou

Avec : - r : Pas dentair

- s : Pas dentaire

Caractéristiques

Nombre de pa Construction Couple moteu Sens de rotati

Ce moteur présente une sremplacé par des moteurs

Moteur pas à pas hybConstitution

C'est un moteur qui associel'appelle aussi moteur rélucIl existe des dispositions trèle nombre de pas par tour (r

Classe : 2 STE


éluctance variable

denture dont le pas n’est pas le même au stator et auimanté.

ôles/8 = 45° 6 = 60

bines AA', puis BB' et enfin CC', le rotor se place de telle façon que le flux qui leréluctance est donc minimale.variable, le rotor et le stator auront des encoches disposées de telle façon qu'il n'existeour diminuer la réluctance compte-tenu de la bobine alimentée.r est donné par la relation : Np = 360 / (r - s)

e rotorique (en degrés)

statorique (en degrés)

s par tour important (bonne résolution) ;assez facile ;r (proportionnel au carré du courant dans les bobines) assez faible ;on lié à l’ordre d’alimentation des bobines.implicité de construction mais du fait de son faible couple moteur, il est le plus souventpas à pas à aimant permanent ou hybrides.

ride

les deux principes précédents ; ontant polarisé.s variables selon les constructeurs etésolution).




Fonctionnement

Son fonctionnement est sensiLes figures suivantes montre

Caractéristiques

Très bonne résolu Couple moteur él Sens de rotation l

Alimentation des phase

Le principe de fonctionnemestator (ou phase). Pour cela, ude commutation (drivers ou tcommutation provoque un s

Alimentation u

Les enroulements sont à point mtoujours alimentées par une polle terme unipolaire).

S

N

+

-

0V

+U

E F


blement identique à celui du moteur à aimant permanent.nt les positions successives du rotor après l'alimentation des bobines du stator.

tion.evé dû à l'aimantation du rotor (proportionnel au courant).ié à l'ordre d'alimentation des bobines et au sens du courant.

s des moteurs pas à pas

nt des moteurs pas à pas repose sur la commutation successive des enroulementsne impulsion électrique est traduite par un séquenceur agissant sur une électronique

ransistors de puissance) qui distribue les polarités dans les enroulements. Une seuleeul pas quelle que soit la durée de l’impulsion (supérieur à une valeur minimale).

nipolaire Alimentation bipolaire

ilieu. Les bornes sontarité de même signe (d’où

Les enroulements du stator n’ont pas de point milieu. Chaqueborne de chaque enroulement est alimentée par une polaritépositive puis négative (d’où le terme bipolaire).

-

-

-

S

N

G H

0V

+U

A B C D


L.Technique


Ordre d’alimentation desModes de commande

Les signaux de commande dabsolument identiques.Dans notre cas, il s’agit d’uL’excitation individuelle deinterrupteurs P, R, Q, S.

Prin

Mode 1commande

enpas entier

L’excitation indichamps suivants

P HQ H

Ce qui donne leP R1 00 10 00 0

Mode 2commande

décaléeen

pas entier

L’excitation parchamps suivants

P-RQ-S

Etablir le cycle

P R1 1

0 1

0 0

1 0

Mode 3Commande

endemi-pas

La combinaisondoubler le nombsuccessivementEtablir le cycle

P R

1 0

1 1

0 1

0 1

0 0

0 0

0 0

1 0

Classe : 2 STE


phases

’un moteur à 2 ou 4 phases sont

n moteur pas à pas unipolaire.s bobines est assurée par l’un des

S

Q

R

P

+

V

H1

H’1

H2

H’2

H3

H4

H’3

H’4

cipe chronogrammes

viduelle des bobines crée les:1 R H23 S H4

cycle de commutation :Q S Moteur0 00 01 00 1

P

R

Q

S

paire des bobines crée les:H’1 R-Q H’2H’3 S-P H’4

de commutation :

Q S Moteur0 0

1 0

1 1

0 1

P

R

Q

S

des deux modes permet dere de pas, le rotor s’alignantface à un pôle et entre 2 pôles.de commutation :

Q S Moteur

0 0

0 0

0 0

1 0

1 0

1 1

0 1

0 1

P

R

Q

S




Les convertisseurs hydrauliques transforment l’énergie hydraulique en énergie mécanique. On distingue : Les récepteurs pour mouvement de translation: les vérins. Les récepteurs pour mouvement de rotation: les moteurs hydrauliques.

Vérins

Un vérin est l’élément récepteur de l’énergie dans un circuit hydraulique. Il permet de développer un effort trèsimportant avec une vitesse très précise.

Energie

hydraulique Transformer

l’énergie

Energie mécanique

(Mouvement de translation)

Vérin hydraulique

Commande

Principaux types de vérins symboles schémas

Vérin simple effetL’ensemble tige piston se déplace dans un seulsens sous l’action du fluide sous pression. Leretour est effectué par un ressort ou charge.Avantages : économique et consommation defluide réduite.Inconvénients : encombrant, course limité.Utilisation : travaux simples (serrage, éjection,levage…)

Vérin double effetL’ensemble tige piston peut se déplacer dans lesdeux sens sous l’action du fluide. L’effort enpoussant est légèrement plus grand que l’effort entirant.Avantages : plus souple, réglage plus facile de lavitesse, amortissement de fin de course réglable.Inconvénients : plus coûteux.Utilisation : grand nombre d’applicationsindustriels

Vérins spéciaux1- Vérin à tige télescopique : simple effet permetdes courses importantes tout en conservant unelongueur repliée raisonnable.

2- Vérin rotatif : l’énergie du fluide esttransformée en mouvement de rotation. L’anglede rotation peut varier de 90° à 360°. Lesamortissements sont possibles.

FONCTION CONVERTIR: CONVERTISSEURS HYDRAULIQUES



Dimensionnements des vérinsPour déterminer la pression (p) d’utilisation d’un vérin

il faut connaître- La force F nécessaire à

développer.- La section annulaire S. S2 S1

S = S2 – S1S = π x r² ou S = π x d²/4

Pression: P =(Pa – Bar) (m2 – cm2)

Détermination des vitesses de sortie et de rentrée des tiges de vérins hydrauliques

S2

S = S2 – S1Formule classique : V = Q/S2Avec: V est en [m/s] ; Q est en [m3/s] et S2 est en [m2]

Formule pratique: V = Q/ (0.06xS2)Avec: V est en [cm/s] ; Q est en [L/mn] et S2 est en [cm2]

Puissance d’un vérinTravail utile effectué par le vérin

Fd

F = force utile du vérinTravail utile effectué par le vérin est :

W = F x d

Puissance utile

P = W/t or W = F x d d’où P = F.d /t mais commed (course) égale la vitesse : v.t

Donc :P = F. V

(Watt) (N) (m/s)

Puissance absorbée (hydraulique)

Caractérisée par deux grandeurs : le débit noté Q et lapression notée P.

Donc :P = Q. P

(Watt) (m3/s) (Pa)

Exercices

EX1 : On doit déplacer une charge de 10 T à l’aide d’un vérin. Sachant que le diamètre de la tige du vérin est de 20 mm etque son alésage est de 100 mm. Calculer la pression p1 nécessaire pour pousser la charge et la pression p2 . On donne g =9,81. Vous exprimerez vos résultats en unité légale puis en unité pratique.

EX2 : Le piston d’un vérin a une surface de 40 cm². Ce vérin reçoit un dédit de 24 L/min. Quelle est :1/La vitesse V de déplacement en sortie de tige. V = …2/La durée de la course si celle-ci fait 20 cm. t = ….

EX3 : Pour élever une charge de 6 000 N de 1,5 m il faut fournir un travail de : W = …………

EX4 : Un vérin D.E. a pour section côté piston 40 cm². Il reçoit un débit de 36 L/min. La pression de service est de 80 bar.Calculer :1/La puissance fournie par le vérin.2/La puissance nécessaire au récepteur sachant que le rendement global de l’installation est de 60 %.

F

S


(N – daN)



Application en commande proportionnelleVariation de vitesse de la tige d’un vérin

Consigne

- Potentiomètre- Clavier- Automate

- etc ….

Tension deconsigne Uc

Carteélectronique de

puissanceUc = f(I)

Distributeurproportionnel

Débit d’huileprovenant de la

pompeA

B

1C

Régulation et asservissement de la vitesse de la tige d’un vérin

A

B

1C

Carteélectroniquede puissance

Uc = f(I)



pompe

Carte derégulation

Consigne


- etc ….


Dispositif permettant demesurer la vitesse de

déplacement du vérin etde la transformer par

exemple en signal ( -10 +10 V cc )

Asservissement en position de la tige d’un vérin

A

B

Carteélectroniquede puissance

Uc = f(I)



pompe

Carte derégulation

Consigne


- etc ….


Potentiomètre permettantde donner une résistance

proportionnele audéplacement


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