COURS N 11 : Contacteur lectromagntique DROULEMENT DE LA SANCETITRE ACTIVITS PROF ACTIVITS LVES DURE

FIN DU COURS {2 heures}

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Tableau de comit de lectureDate de lecture 10 dcembre 2000 23 avril 2001 Lecteurs CROCHET David CROCHET David Observation Amliorations mineures Mise jour des donnes de cette page (mail et adresse) Remarques rdacteur Date modifications 10 dcembre 2000 23 avril 2001

Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques faire, n'hsiter pas et crivez-moi l'adresse suivante : E-Mail : Adresse Professionnel : Ce dossier contient : Crochet.david@free.fr Professeur de Gnie lectrique Lyce Joliot CURIE Un dossier lve (pages 4 8) Place du Pigeon Blanc Un dossier prof (pages 9 13) 02500 HIRSON Un dossier annexe (page 14 19) (Adresse valable jusq'au 30 juin 2002 Un transparent (page 20 21 )

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COURS N 11Contacteur lectromagntiqueNiveau : 1 STI GET Lieu : Salle de cours Organisation : Classe entireLIAISON AU RFRENTIEL

Dure : 2 heures

PR-REQUIS Les lves doivent tre capables :

OBJECTIFS Les lves devront tre capables de : -

NIVEAU D'APPRENTISSAGE

MTHODE Passive

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B 2 LECTROTECHNIQUE S.T.I. - G.E.T. MATRIEL INDUSTRIEL DOSSIER PDAGOGIQUE COURS N 11

Contacteur l e c t r o m a g n t i q u e Objectif :

Documents :

Secteur : Salle de cours

Dure : 2 heures

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Contacteur lectromagntique 1. Dfinition Appareil mcanique ou lectronique de connexion ayant une seule position de repos, command autrement qu' la main, capable d'tablir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharge en service. 2. Constitution gnrale Il existe deux dispositions en commande mcanique : contacteur translation, contacteur rotation et une en statique (lectronique). 2.1. Contacteur translation (double coupure)

Les contacts sont doubles coupures. Les contacts doubles coupures sont biens adapts toutes les applications en courant alternatif. Ils permettent d'obtenir des produits compacts. 2.2. Contacteur rotation (simple coupure)

Les contacts sont simple coupure. Les contacts simple coupure comporte gnralement un dispositif de soufflage magntique de l'arc. Leur emploi est recommand pour la coupure des courants continus et les applications en service svres. 2.3. Contacteur statique Tout comme les contacteurs lectromagntiques, les contacteurs statiques peuvent tablir ou interrompre des courants importants sous l'action d'un courant de commande de faible intensit par l'utilisation de composant semi-conducteur. Ils Page 5 sur 21

apportent, par rapport aux contacteurs lectromagntiques, des avantages importants : - Frquence de commutation leve - Absence de pices mobiles - Fonctionnement silencieux - Limitation des effets radiolectrique par la coupure au zro de courant - Faible consommation de commande 3. Diffrents organes 3.1. Les contacts principaux (Ples) Contacts insrs dans les circuits principaux (du contacteur) et prvu pour tablir, supporter et interrompre le courant dans le circuit. 3.2. Organe de manuvre : lectro-aimant comprend : - Un circuit magntique - Une bobine d'attraction 1 2

La bague de dphasage (spire de Frager) Elle empche la vibration du circuit magntique, une frquence double de celle du rseau. Elle a pour effet de dphaser une partie du flux et ainsi viter que la force d'attraction s'annule.

U

3.3. Contacts auxiliaires instantans Ils assurent l'auto-alimentation, l'asservissement, les verrouillages des contacteurs dans les quipements. Il existe deux types de contacts : - Les contacts fermeture (F, NO) - Les contacts ouverture (O, NF, NC) 3.4. Contacts temporiss 3.4.1. Principe de fonctionnement Un systme pneumatique soufflet permet d'obtenir une temporisation au travail ou au repos.

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3.4.2. Graphique de fonctionnement (chronogramme)1 Temporis 0 l'action 1 0 t1 t2

1 Bobine contacteur 0

1 0 Temporis au repos 1 0

4. Caractristiques 4.1. Valeurs assignes Tension d'emploi Ue : Tension d'emploi assigne jusqu' 690 V Courant d'emploi Ie : Courant d'emploi assign dfini par le constructeur: 9, 12, 18, 25, , pour la rfrence LC1D.. Courant nominal thermique Ith : Courant permanent maximal. Courant temporaire admissible : voir document constructeur. Pouvoir de coupure : Valeur efficace du courant que le contacteur doit couper sous une tension donne. 4.2. Catgorie d'emploiCatgorie Rcepteur Four rsistances Moteur bagues Moteur cage Moteur cage Rsistance Moteur shunt Moteur shunt Moteur srie Moteur srie Fonctionnement Charges non inductives ou faiblement inductives Dmarrage, inversion de marche Dmarrage, coupure du moteur lanc Dmarrage, inversion, marche par -coups Charges non inductives Dmarrage, coupure Dmarrage, inversion, -coups Dmarrage, coupure Dmarrage, inversion, -coups

Continu

Elles fixent les valeurs de courant que le contacteur doit tablir ou couper.

AC 1 AC 2 AC 3 AC 4 DC 1 DC 2 DC 3 DC 4 DC 5

Alternatif

4.3. Facteur de marche : m C'est le rapport entre la dure de passage du courant (t) pendant un cycle de manuvre et la dure de cycle (T). m=.

t

T

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T [s]

4.4. Frquence de manuvre Nombre de cycles complets (ouverture - fermeture) effectus par un contacteur pendant 1 heure. 4.5. Dure de vie lectrique ou endurance lectrique Nombre de cycles de manuvre en charge que les ples principaux peuvent effectuer dans remplacement. Ex: Une machine fonctionne 5 ans raison de 8 h / jour avec une cadence de 600 manuvres / h sachant qu'elle fonctionne 21 jours par mois. Dure de vie des ples principaux 6 millions de manuvres.

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Contacteur lectromagntique 1. Dfinition Appareil mcanique ou lectronique de connexion ayant une seule position de repos, command autrement qu' la main, capable d'tablir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuits, y compris les conditions de surcharge en service. 2. Constitution gnrale Il existe deux dispositions en commande mcanique : contacteur translation, contacteur rotation. 2.1. Contacteur translation (double coupure)

Les contacts sont doubles coupures. Les contacts doubles coupures sont biens adapts toutes les applications en courant alternatif. Ils permettent d'obtenir des produits compacts. 2.2. Contacteur rotation (simple coupure)

Les contacts sont simple coupure. Les contacts simple coupure comporte gnralement un dispositif de soufflage magntique de l'arc. Leur emploi est recommand pour la coupure des courants continus et les applications en service svres. 2.3. Contacteur statique Tout comme les contacteurs lectromagntiques, les contacteurs statiques peuvent tablir ou interrompre des courants importants sous l'action d'un courant de commande de faible intensit par l'utilisation de composant semi-conducteur. Ils Page 10 sur 21

apportent, par rapport aux contacteurs lectromagntiques, des avantages importants : - Frquence de commutation leve - Absence de pices mobiles - Fonctionnement silencieux - Limitation des effets radiolectrique par la coupure au zro de courant - Faible consommation de commande 3. Diffrents organes 3.1. Les contacts principaux (Ples) Contacts insrs dans les circuits principaux (du contacteur) et prvu pour tablir, supporter et interrompre le courant dans le circuit. 3.2. Organe de manuvre : lectro-aimant comprend : - Un circuit magntique - Une bobine d'attraction 1

La bague de dphasage (spire de Frager)2

Elle empche la vibration du circuit magntique, une frquence double de celle du rseau. Elle a pour effet de dphaser une partie du flux et ainsi viter que la force d'attraction s'annule

U

3.3. Contacts auxiliaires instantans Ils assurent l'auto-alimentation, l'asservissement, les verrouillages des contacteurs dans les quipements. Il existe deux types de contacts : - les contacts fermeture (F, NO) - les contacts ouverture (O, NF, NC) 3.4. Contacts temporiss 3.4.1. Principe de fonctionnement Un systme pneumatique soufflet permet d'obtenir une temporisation au travail ou au repos.

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3.4.2. Graphique de fonctionnement (chronogramme)1 Temporis 0 l'action 1 0 t1 t2

1 Bobine contacteur 0

1 0 Temporis au repos 1 0

4. Caractristiques 4.1. Valeurs assignes Tension d'emploi Ue : Tension d'emploi assigne jusqu' 690 V Courant d'emploi Ie : Courant d'emploi assign dfini par le constructeur: 9, 12, 18, 25, , pour la rfrence LC1D.. Courant nominal thermique Ith : Courant permanent maximal. Courant temporaire admissible : voir document constructeur. Pouvoir de coupure : Valeur efficace du courant que le contacteur doit couper sous une tension donne. 4.2. Catgorie d'emploiCatgorie Rcepteur Four rsistances Moteur bagues Moteur cage Moteur cage Rsistance Moteur shunt Moteur shunt Moteur srie Moteur srie Fonctionnement Charges non inductives ou faiblement inductives Dmarrage, inversion de marche Dmarrage, coupure du moteur lanc Dmarrage, inversion, marche par -coups Charges non inductives Dmarrage, coupure Dmarrage, inversion, -coups Dmarrage, coupure Dmarrage, inversion, -coups

Continu

Elles fixent les valeurs de courant que le contacteur doit tablir ou couper.

AC 1 AC 2 AC 3 AC 4 DC 1 DC 2 DC 3 DC 4 DC 5

Alternatif

4.3. Facteur de marche : m C'est le rapport entre la dure de passage du courant (t) pendant un cycle de manuvre et la dure de cycle (T).t m= . T

t

T

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T [s]

4.4. Frquence de manuvre Nombre de cycles complets (ouverture - fermeture) effectus par un contacteur pendant 1 heure. 4.5. Dure de vie lectrique ou endurance lectrique Nombre de cycles de manuvre en charge que les ples principaux peuvent effectuer dans remplacement. Ex: Une machine fonctionne 5 ans raison de 8 h / jour avec une cadence de 600 manuvres / h sachant qu'elle fonctionne 21 jours par mois. Dure de vie des ples principaux 6 millions de manuvres.

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Dfinitions et commentaires sur les contacteursAltitude Laffaiblissement de la densit de lair avec laltitude agit sur la tension disruptive de lair, donc sur la tension assigne demploi du contacteur ainsi que sur son pouvoir rfrigrant, donc sur son courant assign demploi, (si la temprature ne baisse pas simultanment). Aucun dclassement jusqu 3000 m. Coefficients demploi appliquer au-dessus de cette altitude pour la tension et le courant au niveau des ples puissance (courant alternatif). altitude 3500 m 4000 m 4500 m 5000 m tension assigne demploi 0,90 0,80 0,70 0,60 courant assign demploi 0,92 0,90 0,88 0,86 Temprature ambiante Cest la temprature de lair contenu dans lenceinte o est situ lappareil et mesure au voisinage de celui-ci. Les caractristiques de fonctionnement sont donnes : - sans restriction pour des tempratures comprises entre - 5 et + 55 C - avec restrictions ventuelles pour des tempratures comprises entre - 50 et + 70 C. Courant assign demploi (Ie) Il est dfini suivant la tension assigne demploi, la frquence et le service assigns, la catgorie demploi et la temprature de lair au voisinage de lappareil. Courant thermique conventionnel (Ith)(1) Un contacteur en position ferme peut supporter ce courant Ith pendant au moins 8 heures sans que son chauffement dpasse les limites prescrites par les normes. Courant temporaire admissible Un contacteur en position ferme peut supporter ce courant pendant un temps limite conscutif un temps de repos, sans atteindre un chauffement dangereux. Tension assigne demploi (Ue) Valeur de tension qui, combine avec un courant assign demploi, dtermine lemploi du contacteur ou du dmarreur, et laquelle se rapportent les essais correspondants et la catgorie demploi. Pour les circuits triphass, elle s'exprime par la tension entre phases. Sauf cas particuliers tel que court-circuiteur rotorique, la tension assigne demploi Ue est au plus gale la tension assigne disolement Ui. Tension assigne du circuit de commande (Uc) Valeur assigne de la tension de commande sur laquelle sont bases les caractristiques de fonctionnement. Dans le cas de tension alternative, elles sont Page 15 sur 21

donnes pour une forme donde pratiquement sinusodale (moins de 5 % de distorsion dharmonique totale). Tension assigne disolement (Ui) La tension assigne disolement dun appareil est la valeur de la tension qui sert dsigner cet isolement et laquelle se rapportent les essais dilectriques, les lignes de fuite et les distances dans lair. Les prescriptions ntant pas identiques pour toutes les normes, la valeur retenue pour chacune delles peut tre parfois diffrente. Tension assigne de tenue aux chocs (Uimp) Valeur de crte d'une tension de choc que le matriel est susceptible de supporter sans claquage. Puissance assigne demploi (sexprime en kW) Puissance du moteur normalis pour lequel le contacteur est prvu la tension assigne demploi. Pouvoir assign de coupure (2) Il correspond la valeur du courant que le contacteur peut couper dans des conditions de coupure spcifies par la norme I.E.C.. Pouvoir assign de fermeture (2) Il correspond la valeur du courant que le contacteur peut tablir dans des conditions de fermeture spcifies par la norme I.E.C.. Facteur de marche (m) Cest le rapport entre la dure de passage t du courant I et la dure du cycle T. La dure du cycle, cest la somme des dures de passage du courant et de la priode de repos. Impdance des ples Limpdance dun ple est la somme des impdances des diffrents lments constitutifs qui caractrisent le circuit, de la borne dentre la borne de sortie. Limpdance se dcompose en une partie rsistive (R) et une partie inductive (X = L). Limpdance totale est donc fonction de la frquence et est exprime pour 50 Hz. Cette valeur moyenne est donne pour le ple son courant assign demploi. Durabilit lectrique Elle est dfinie par le nombre moyen de cycles de manuvres en charge que les contacts de ples sont susceptibles deffectuer sans entretien. Il dpend de la catgorie demploi, du courant et de la tension assigns demploi. Durabilit mcanique Page 16 sur 21

Elle est dfinie par le nombre moyen de cycles de manuvres vide, cest--dire sans courant traversant les ples, que le contacteur est susceptible deffectuer sans dfaillance mcanique.(1) (2)

Courant thermique conventionnel lair libre, selon I.E.C..

En courant alternatif, le pouvoir assign de coupure et le pouvoir assign de fermeture sexpriment par la valeur efficace de la composante symtrique du courant de court-circuit. Compte tenu de lasymtrie maximale pouvant exister dans le circuit, les contacts supportent donc un courant asymtrique de crte environ deux fois suprieur. Nota : ces dfinitions sont extraites de la norme I.E.C. 947-1.

Catgories d'emploi pour contacteurs selon IEC 947-4 Les catgories d'emploi normalises fixent les valeurs de courant que le contacteur doit tablir ou couper. Elles dpendent : - De la nature du rcepteur contrl : moteur cage ou bagues, rsistances - Des conditions dans lesquelles s'effectuent les fermetures et ouvertures : moteur lanc ou cal ou en cours de dmarrage, inversion de sens de marche, freinage en contre-courant. Emploi en courant alternatif Catgorie AC-1 Elle s'applique tous les appareils d'utilisation courant alternatif (rcepteurs), dont le facteur de puissance est au moins gal 0,95 (cos 0,95). Exemples d'utilisation : chauffage, distribution. Catgorie AC-2 Cette catgorie rgit le dmarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche par "-coups" des moteurs bagues. A la fermeture, le contacteur tablit le courant de dmarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, il doit couper le courant de dmarrage, sous une tension au plus gale la tension du rseau. Catgorie AC-3 Elle concerne les moteurs cage dont la coupure s'effectue moteur lanc. A la fermeture, le contacteur tablit le courant de dmarrage qui est de 5 7 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, le contacteur coupe le courant nominal absorb par le moteur, cet instant, la tension aux bornes de ses ples est de l'ordre de 20 % de la tension du rseau. La coupure reste facile. Exemples d'utilisation : tous moteurs cage courants : ascenseurs, escaliers roulants, bandes transporteuses, lvateurs godets, compresseurs, pompes, malaxeurs, climatiseurs, etc. Catgories AC-4 et AC-2 Page 17 sur 21

Ces catgories concernent les applications avec freinage en contre-courant et marche par "-coups" avec des moteurs cage ou bagues. Le contacteur se ferme sous une pointe de courant qui peut atteindre 5 7 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce mme courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut tre gale celle du rseau. La coupure est svre. Exemples d'utilisation : machines d'imprimerie, trfiler, levage, mtallurgie. Emploi en courant continu Catgorie DC-1 Elle s'applique tous les appareils d'utilisation courant continu (rcepteurs) dont la constante de temps ( =L ) est infrieure ou gale 1 ms. R

Catgorie DC-3 Cette catgorie rgit le dmarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche par "-coups" des moteurs shunt. Constante de temps 2 ms. A la fermeture, le contacteur tablit le courant de dmarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, il doit couper 2,5 fois le courant de dmarrage sous une tension au plus gale la tension du rseau. Tension d'autant plus leve que la vitesse du moteur est faible et, de ce fait, sa force contrelectromotrice peu leve. La coupure est difficile. Catgorie DC-5 Cette catgorie concerne le dmarrage, le freinage en contre-courant et la marche par "-coups" de moteurs srie. Constante de temps 7,5 ms. Le contacteur se ferme sous une pointe de courant qui peut atteindre 2,5 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce mme courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut tre gale celle du rseau. La coupure est svre. Catgories d'emploi pour contacts et contacteurs auxiliaires selon I.E.C. 947-5 Emploi en courant alternatif Catgorie AC-14 (1) Elle concerne la commande de charges lectromagntiques dont la puissance absorbe, quand l'lectro-aimant est ferm, est infrieure 72 VA. Exemple d'utilisation : commande de bobine de contacteurs et relais. Catgorie AC-15 (1) Elle concerne la commande de charges lectromagntiques dont la puissance absorbe, quand l'lectro-aimant est ferm, est infrieure 72 VA. Exemple d'utilisation : commande de bobine de contacteurs. Emploi en courant continu Catgorie DC-13 (2) Elle concerne la commande de charges lectromagntiques dont le temps mis pour atteindre 95 % du courant en rgime tabli (T = 0,95) est gal 6 fois la puissance P absorbe par la charge (avec P 50 W). Page 18 sur 21

Exemple d'utilisation : commande de bobine de contacteurs sans rsistance d'conomie. (1) Remplace la catgorie AC-11. (2) Remplace la catgorie DC-11.

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en catgorie AC 1 AC 2

si sa charge est non-inductive (cos 0,8) un moteur bagues (cos 0,65)

AC 3

AC 4

...le contacteur commande... la mise sous tension le dmarrage la coupure moteur lanc le freinage en contre-courant la marche par -coups un moteur cage le dmarrage (cos 0,45 pour Ie < 100 A) la coupure moteur lanc (cos 0,35 pour Ie > 100 A) un moteur cage le dmarrage (cos 0,45 pour Ie < 100 A) la coupure moteur lanc (cos 0,35 pour Ie > 100 A) le freinage en contre-courant l'inversion de sens de marche la marche par -coups

...pour une applications type chauffage, distribution machine trfiler

compresseurs, ascenseurs, pompes mlangeurs, escaliers roulants, ventilateurs, convoyeurs, climatiseurs machines d'imprimerie, trfileuses

La catgorie AC-3

La catgorie AC-4

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