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COURS N° 11 : Contacteurélectromagnétique

DÉROULEMENT DE LA SÉANCETITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES DURÉE

FIN DU COURS {2 heures}

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Tableau de comité de lectureDate de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications

10 décembre 2000 CROCHET David Améliorations mineures 10 décembre 200023 avril 2001 CROCHET David Mise à jour des données de cette page (mail et adresse) 23 avril 2001

Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante :Ce dossier contient :

• Un dossier élève (pages 4 à 8)• Un dossier prof (pages 9 à 13)• Un dossier annexe (page 14 à 19)• Un transparent (page 20 à 21 )

E-Mail :[email protected]

Adresse Professionnel :Professeur de Génie électrique

Lycée Joliot CURIEPlace du Pigeon Blanc

02500 HIRSON(Adresse valable jusq'au 30 juin 2002

mailto:[email protected]?subject=CARIM : Mail depuis le site perso : Mail depuis 1get/cours/cours11

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COURS N° 11Contacteur électromagnétique

Niveau : 1 STI GET Lieu : Salle de cours Durée : 2 heures

Organisation : Classe entière

LIAISON AU RÉFÉRENTIEL

PRÉ-REQUIS

Les élèves doivent être capables :

OBJECTIFS

Les élèves devront être capables de :- -

NIVEAU D'APPRENTISSAGE

MÉTHODE

- Passive

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B 2 – ÉLECTROTECHNIQUE

S.T.I. - G.E.T. MATÉRIEL INDUSTRIELDOSSIER PÉDAGOGIQUE

COURSN° 11

CCoonnttaacctteeuurréélleeccttrroommaaggnnéétt iiqquuee

Objectif :• • • •

Documents :• •

Secteur : Salle de cours Durée : 2 heures

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Contacteur électromagnétique

1. DéfinitionAppareil mécanique ou électronique de connexion ayant une seule position de

repos, commandé autrement qu'à la main, capable d'établir, de supporter etd'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris lesconditions de surcharge en service.

2. Constitution généraleIl existe deux dispositions en commande mécanique : contacteur à translation,

contacteur à rotation et une en statique (électronique).2.1. Contacteur à translation (double coupure)

Les contacts sont à doubles coupures. Les contacts à doubles coupures sontbiens adaptés à toutes les applications en courant alternatif. Ils permettent d'obtenirdes produits compacts.

2.2. Contacteur à rotation (simple coupure)

Les contacts sont à simple coupure. Les contacts à simple coupure comportegénéralement un dispositif de soufflage magnétique de l'arc. Leur emploi estrecommandé pour la coupure des courants continus et les applications en servicesévères.

2.3. Contacteur statiqueTout comme les contacteurs électromagnétiques, les contacteurs statiques

peuvent établir ou interrompre des courants importants sous l'action d'un courantde commande de faible intensité par l'utilisation de composant semi-conducteur. Ils

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apportent, par rapport aux contacteurs électromagnétiques, des avantagesimportants :- Fréquence de commutation élevée- Absence de pièces mobiles- Fonctionnement silencieux- Limitation des effets radioélectrique par la coupure au zéro de courant- Faible consommation de commande

3. Différents organes3.1. Les contacts principaux (Pôles)

Contacts insérés dans les circuits principaux (du contacteur) et prévu pourétablir, supporter et interrompre le courant dans le circuit.

3.2. Organe de manœuvre : électro-aimant comprend :- Un circuit magnétique- Une bobine d'attraction

La bague de déphasage (spire de Frager)

Elle empêche la vibration du circuit magnétique, à unefréquence double de celle du réseau.

Elle a pour effet de déphaser une partie du flux et ainsiéviter que la force d'attraction s'annule.

3.3. Contacts auxiliaires instantanésIls assurent l'auto-alimentation, l'asservissement, les

verrouillages des contacteurs dans les équipements. Il existe deuxtypes de contacts :

- Les contacts à fermeture (F, NO)- Les contacts à ouverture (O, NF, NC)

3.4. Contacts temporisés3.4.1. Principe de fonctionnementUn système pneumatique à soufflet permet d'obtenir une temporisation au

travail ou au repos.

Φ1Φ2

Φ

U

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3.4.2. Graphique de fonctionnement (chronogramme)

4. Caractéristiques4.1. Valeurs assignées

Tension d'emploi Ue : Tension d'emploi assignée jusqu'à 690 VCourant d'emploi Ie : Courant d'emploi assigné défini par le constructeur:

9, 12, 18, 25, … , pour la référence LC1D..Courant nominal thermique Ith : Courant permanent maximal.Courant temporaire admissible : voir document constructeur.Pouvoir de coupure : Valeur efficace du courant que le contacteur doitcouper sous une tension donnée.

4.2. Catégorie d'emploiCatégorie Récepteur Fonctionnement

Alte

rnat

if AC – 1AC – 2AC – 3AC – 4

Four à résistancesMoteur à baguesMoteur à cageMoteur à cage

Charges non inductives ou faiblement inductivesDémarrage, inversion de marcheDémarrage, coupure du moteur lancéDémarrage, inversion, marche par à-coups

Ellesfixent les valeursde courant quele contacteurdoit établir oucouper. C

ontin

u

DC – 1DC – 2DC – 3DC – 4DC – 5

RésistanceMoteur shuntMoteur shuntMoteur sérieMoteur série

Charges non inductivesDémarrage, coupureDémarrage, inversion, à-coupsDémarrage, coupureDémarrage, inversion, à-coups

4.3. Facteur de marche : mC'est le rapport entre la durée de

passage du courant (t) pendant un cyclede manœuvre et la durée de cycle (T).m=.

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

t1t2

Bobinecontacteur

Temporisé àl'action

Temporiséau repos

T [s]

T

t

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4.4. Fréquence de manœuvreNombre de cycles complets (ouverture - fermeture) effectués par un contacteur

pendant 1 heure.

4.5. Durée de vie électrique ou endurance électriqueNombre de cycles de manœuvre en charge que les pôles principaux peuvent

effectuer dans remplacement.Ex: Une machine fonctionne 5 ans à raison de 8 h / jour avec une cadence de

600 manœuvres / h sachant qu'elle fonctionne 21 jours par mois. Durée de vie des pôles principaux 6 millions de manœuvres.

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Contacteur électromagnétique

1. DéfinitionAppareil mécanique ou électronique de connexion ayant une seule position de

repos, commandé autrement qu'à la main, capable d'établir, de supporter etd'interrompre des courants dans les conditions normales du circuits, y compris lesconditions de surcharge en service.

2. Constitution généraleIl existe deux dispositions en commande mécanique : contacteur à translation,

contacteur à rotation.2.1. Contacteur à translation (double coupure)

Les contacts sont à doubles coupures. Les contacts à doubles coupures sontbiens adaptés à toutes les applications en courant alternatif. Ils permettent d'obtenirdes produits compacts.

2.2. Contacteur à rotation (simple coupure)

Les contacts sont à simple coupure. Les contacts à simple coupure comportegénéralement un dispositif de soufflage magnétique de l'arc. Leur emploi estrecommandé pour la coupure des courants continus et les applications en servicesévères.

2.3. Contacteur statiqueTout comme les contacteurs électromagnétiques, les contacteurs statiques

peuvent établir ou interrompre des courants importants sous l'action d'un courantde commande de faible intensité par l'utilisation de composant semi-conducteur. Ils

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apportent, par rapport aux contacteurs électromagnétiques, des avantagesimportants :- Fréquence de commutation élevée- Absence de pièces mobiles- Fonctionnement silencieux- Limitation des effets radioélectrique par la coupure au zéro de courant- Faible consommation de commande

3. Différents organes3.1. Les contacts principaux (Pôles)

Contacts insérés dans les circuits principaux (du contacteur) et prévu pourétablir, supporter et interrompre le courant dans le circuit.

3.2. Organe de manœuvre : électro-aimant comprend :- Un circuit magnétique- Une bobine d'attraction

La bague de déphasage (spire de Frager)

Elle empêche la vibration du circuit magnétique, à unefréquence double de celle du réseau.

Elle a pour effet de déphaser une partie du flux et ainsiéviter que la force d'attraction s'annule

3.3. Contacts auxiliaires instantanésIls assurent l'auto-alimentation, l'asservissement, les

verrouillages des contacteurs dans les équipements. Il existe deuxtypes de contacts :

- les contacts à fermeture (F, NO)- les contacts à ouverture (O, NF, NC)

3.4. Contacts temporisés3.4.1. Principe de fonctionnementUn système pneumatique à soufflet permet d'obtenir une temporisation au

travail ou au repos.

Φ1Φ2

Φ

U

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3.4.2. Graphique de fonctionnement (chronogramme)

4. Caractéristiques4.1. Valeurs assignées

Tension d'emploi Ue : Tension d'emploi assignée jusqu'à 690 VCourant d'emploi Ie : Courant d'emploi assigné défini par le constructeur:

9, 12, 18, 25, … , pour la référence LC1D..Courant nominal thermique Ith : Courant permanent maximal.Courant temporaire admissible : voir document constructeur.Pouvoir de coupure : Valeur efficace du courant que le contacteur doitcouper sous une tension donnée.

4.2. Catégorie d'emploiCatégorie Récepteur Fonctionnement

Alte

rnat

if AC – 1AC – 2AC – 3AC – 4

Four à résistancesMoteur à baguesMoteur à cageMoteur à cage

Charges non inductives ou faiblement inductivesDémarrage, inversion de marcheDémarrage, coupure du moteur lancéDémarrage, inversion, marche par à-coups

Ellesfixent les valeursde courant quele contacteurdoit établir oucouper. C

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u

DC – 1DC – 2DC – 3DC – 4DC – 5

RésistanceMoteur shuntMoteur shuntMoteur sérieMoteur série

Charges non inductivesDémarrage, coupureDémarrage, inversion, à-coupsDémarrage, coupureDémarrage, inversion, à-coups

4.3. Facteur de marche : mC'est le rapport entre la durée de

passage du courant (t) pendant un cycle demanœuvre et la durée de cycle (T).m=

Tt .

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Bobinecontacteur

Temporisé àl'action

Temporiséau repos

T [s]

T

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4.4. Fréquence de manœuvreNombre de cycles complets (ouverture - fermeture) effectués par un contacteur

pendant 1 heure.

4.5. Durée de vie électrique ou endurance électriqueNombre de cycles de manœuvre en charge que les pôles principaux peuvent

effectuer dans remplacement.Ex: Une machine fonctionne 5 ans à raison de 8 h / jour avec une cadence de

600 manœuvres / h sachant qu'elle fonctionne 21 jours par mois. Durée de vie des pôles principaux 6 millions de manœuvres.

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Définitions et commentaires sur les contacteurs

AltitudeL’affaiblissement de la densité de l’air avec l’altitude agit sur la tension disruptivede l’air, donc sur la tension assignée d’emploi du contacteur ainsi que sur sonpouvoir réfrigérant, donc sur son courant assigné d’emploi, (si la température nebaisse pas simultanément). Aucun déclassement jusqu’à 3000 m. Coefficientsd’emploi à appliquer au-dessus de cette altitude pour la tension et le courant auniveau des pôles puissance (courant alternatif).

altitude 3500 m 4000 m 4500 m 5000 mtension assignée d’emploi 0,90 0,80 0,70 0,60courant assigné d’emploi 0,92 0,90 0,88 0,86

Température ambianteC’est la température de l’air contenu dans l’enceinte où est situé l’appareil etmesurée au voisinage de celui-ci. Les caractéristiques de fonctionnement sontdonnées :- sans restriction pour des températures comprises entre - 5 et + 55 °C- avec restrictions éventuelles pour des températures comprises entre - 50 et + 70

°C.

Courant assigné d’emploi (Ie)Il est défini suivant la tension assignée d’emploi, la fréquence et le serviceassignés, la catégorie d’emploi et la température de l’air au voisinage de l’appareil.

Courant thermique conventionnel (Ith)(1) Un contacteur en position fermée peutsupporter ce courant Ith pendant au moins 8 heures sans que son échauffementdépasse les limites prescrites par les normes.

Courant temporaire admissibleUn contacteur en position fermée peut supporter ce courant pendant un tempslimite consécutif à un temps de repos, sans atteindre un échauffement dangereux.

Tension assignée d’emploi (Ue)Valeur de tension qui, combinée avec un courant assigné d’emploi, déterminel’emploi du contacteur ou du démarreur, et à laquelle se rapportent les essaiscorrespondants et la catégorie d’emploi. Pour les circuits triphasés, elle s'exprimepar la tension entre phases. Sauf cas particuliers tel que court-circuiteur rotorique,la tension assignée d’emploi Ue est au plus égale à la tension assignée d’isolementUi.

Tension assignée du circuit de commande (Uc)Valeur assignée de la tension de commande sur laquelle sont basées lescaractéristiques de fonctionnement. Dans le cas de tension alternative, elles sont

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données pour une forme d’onde pratiquement sinusoïdale (moins de 5 % dedistorsion d’harmonique totale).

Tension assignée d’isolement (Ui)La tension assignée d’isolement d’un appareil est la valeur de la tension qui sert àdésigner cet isolement et à laquelle se rapportent les essais diélectriques, les lignesde fuite et les distances dans l’air. Les prescriptions n’étant pas identiques pourtoutes les normes, la valeur retenue pour chacune d’elles peut être parfoisdifférente.

Tension assignée de tenue aux chocs (Uimp)Valeur de crête d'une tension de choc que le matériel est susceptible de supportersans claquage.

Puissance assignée d’emploi (s’exprime en kW)Puissance du moteur normalisé pour lequel le contacteur est prévu à la tensionassignée d’emploi.

Pouvoir assigné de coupure (2)

Il correspond à la valeur du courant que le contacteur peut couper dans desconditions de coupure spécifiées par la norme I.E.C..

Pouvoir assigné de fermeture (2)

Il correspond à la valeur du courant que le contacteur peut établir dans desconditions de fermeture spécifiées par la norme I.E.C..

Facteur de marche (m)C’est le rapport entre la durée de passage t du courant I et la durée du cycle T. Ladurée du cycle, c’est la somme des durées de passage du courant et de la période derepos.

Impédance des pôlesL’impédance d’un pôle est la somme des impédances des différents élémentsconstitutifs qui caractérisent le circuit, de la borne d’entrée à la borne de sortie.L’impédance se décompose en une partie résistive (R) et une partie inductive(X = Lω). L’impédance totale est donc fonction de la fréquence et est expriméepour 50 Hz. Cette valeur moyenne est donnée pour le pôle à son courant assignéd’emploi.

Durabilité électriqueElle est définie par le nombre moyen de cycles de manœuvres en charge que lescontacts de pôles sont susceptibles d’effectuer sans entretien. Il dépend de lacatégorie d’emploi, du courant et de la tension assignés d’emploi.

Durabilité mécanique

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Elle est définie par le nombre moyen de cycles de manœuvres à vide, c’est-à-diresans courant traversant les pôles, que le contacteur est susceptible d’effectuer sansdéfaillance mécanique.

(1) Courant thermique conventionnel à l’air libre, selon I.E.C..

(2) En courant alternatif, le pouvoir assigné de coupure et le pouvoir assigné defermeture s’expriment par la valeur efficace de la composante symétrique ducourant de court-circuit. Compte tenu de l’asymétrie maximale pouvant existerdans le circuit, les contacts supportent donc un courant asymétrique de crêteenviron deux fois supérieur.Nota : ces définitions sont extraites de la norme I.E.C. 947-1.

Catégories d'emploi pour contacteurs selon IEC 947-4Les catégories d'emploi normalisées fixent les valeurs de courant que le contacteurdoit établir ou couper. Elles dépendent :- De la nature du récepteur contrôlé : moteur à cage ou à bagues, résistances- Des conditions dans lesquelles s'effectuent les fermetures et ouvertures : moteur

lancé ou calé ou en cours de démarrage, inversion de sens de marche, freinageen contre-courant.

Emploi en courant alternatifCatégorie AC-1Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant alternatif (récepteurs),dont le facteur de puissance est au moins égal à 0,95 (cos ϕ ≥ 0,95).Exemples d'utilisation : chauffage, distribution.

Catégorie AC-2Cette catégorie régit le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que lamarche par "à-coups" des moteurs à bagues. A la fermeture, le contacteur établit lecourant de démarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur.A l'ouverture, il doit couper le courant de démarrage, sous une tension au pluségale à la tension du réseau.

Catégorie AC-3Elle concerne les moteurs à cage dont la coupure s'effectue moteur lancé. A lafermeture, le contacteur établit le courant de démarrage qui est de 5 à 7 fois lecourant nominal du moteur. A l'ouverture, le contacteur coupe le courant nominalabsorbé par le moteur, à cet instant, la tension aux bornes de ses pôles est de l'ordrede 20 % de la tension du réseau. La coupure reste facile. Exemples d'utilisation :tous moteurs à cage courants : ascenseurs, escaliers roulants, bandestransporteuses, élévateurs à godets, compresseurs, pompes, malaxeurs,climatiseurs, etc.

Catégories AC-4 et AC-2

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Ces catégories concernent les applications avec freinage en contre-courant etmarche par "à-coups" avec des moteurs à cage ou à bagues. Le contacteur se fermesous une pointe de courant qui peut atteindre 5 à 7 fois le courant nominal dumoteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce même courant sous une tension d'autant plusimportante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut être égale à celledu réseau. La coupure est sévère. Exemples d'utilisation : machines d'imprimerie, àtréfiler, levage, métallurgie.

Emploi en courant continuCatégorie DC-1Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant continu (récepteurs) dontla constante de temps (

RLτ = ) est inférieure ou égale à 1 ms.

Catégorie DC-3Cette catégorie régit le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que lamarche par "à-coups" des moteurs shunt. Constante de temps ≤ 2 ms. A lafermeture, le contacteur établit le courant de démarrage, voisin de 2,5 fois lecourant nominal du moteur. A l'ouverture, il doit couper 2,5 fois le courant dedémarrage sous une tension au plus égale à la tension du réseau. Tension d'autantplus élevée que la vitesse du moteur est faible et, de ce fait, sa force contre-électromotrice peu élevée. La coupure est difficile.Catégorie DC-5Cette catégorie concerne le démarrage, le freinage en contre-courant et la marchepar "à-coups" de moteurs série. Constante de temps ≤ 7,5 ms. Le contacteur seferme sous une pointe de courant qui peut atteindre 2,5 fois le courant nominal dumoteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce même courant sous une tension d'autant plusimportante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut être égale à celledu réseau. La coupure est sévère.

Catégories d'emploi pour contacts et contacteurs auxiliaires selon I.E.C. 947-5Emploi en courant alternatifCatégorie AC-14 (1)

Elle concerne la commande de charges électromagnétiques dont la puissanceabsorbée, quand l'électro-aimant est fermé, est inférieure à 72 VA. Exempled'utilisation : commande de bobine de contacteurs et relais.Catégorie AC-15 (1)

Elle concerne la commande de charges électromagnétiques dont la puissanceabsorbée, quand l'électro-aimant est fermé, est inférieure à 72 VA. Exempled'utilisation : commande de bobine de contacteurs.

Emploi en courant continuCatégorie DC-13 (2)

Elle concerne la commande de charges électromagnétiques dont le temps mis pouratteindre 95 % du courant en régime établi (T = 0,95) est égal à 6 fois la puissanceP absorbée par la charge (avec P ≤ 50 W).

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Exemple d'utilisation : commande de bobine de contacteurs sans résistanced'économie.(1) Remplace la catégorie AC-11.(2) Remplace la catégorie DC-11.

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en catégorie si sa charge est… ...le contacteur commande... ...pour une applications typeAC 1 non-inductive (cos ϕ 0,8) la mise sous tension chauffage, distributionAC 2 un moteur à bagues

(cos ϕ 0,65)le démarragela coupure moteur lancéle freinage en contre-courantla marche par à-coups

machine à tréfiler

AC 3 un moteur à cage(cos ϕ 0,45 pour Ie < 100 A)(cos ϕ 0,35 pour Ie > 100 A)

le démarragela coupure moteur lancé

compresseurs, ascenseurs, pompesmélangeurs, escaliers roulants,ventilateurs, convoyeurs, climatiseurs

AC 4 un moteur à cage(cos ϕ 0,45 pour Ie < 100 A)(cos ϕ 0,35 pour Ie > 100 A)

le démarragela coupure moteur lancéle freinage en contre-courantl'inversion de sens de marchela marche par à-coups

machines d'imprimerie, tréfileuses

La catégorie AC-3

La catégorie AC-4

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