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Electrotechnique Chapitre 4 : dmarrage des moteurs asynchrones

CHAPITRE N 4 TITRE: DEMARRAGE DES MOTEURS ASYNCHRONESFONCTION : Commander la puissance par Tout Ou Rien (II 2.3.5)

COMPETENCES VISEES: demarrage des moteurs_V2k6.doc - Le cahier des charges de lapplication tant fourni, ainsi que les caractristiques de la source, et la nature des protections : - Choisir et mettre en uvre lappareil de commande laide des documents constructeurs

Si le convertisseur dnergie lectrique en nergie mcanique est le moteur lectrique, il faut lui adjoindre des lments de commande ,(dmarrage et freinage) et de protection . Ces lments sont raliss par - Lappareillage lectrique de commande en Tout Ou Rien, _________ - La modulation dnergie par gradateur ou autre dispositif qui ne sera trait que plus tard en terminal. A remarquer que le moteur asynchrone se retrouve sur la plupart des systmes en ESTI :FRAPPAZ ; CONDILIS ; HABILIS ; MALAXEUR ; STATION DE POMPAGE ;ARMOIRICC 1 - RAPPELS DELECTROTECHNIQUE : Le moteur asynchrone dinduction possde un fort couple de dmarrage, mais il a linconvnient dabsorber de___________________________, pour rduire cet appel de courant on dispose de diffrents procds de dmarrage. 1.1 Couplage des enroulements : Les moteurs asynchrones standards comportent 3 enroulements relis une plaque bornes comportant __________________________________________________ . Ces moteurs sont bitension selon le couplage toile (Y), ou triangle ( ), des enroulements

(voir document page10 et page 12) Couplage des enroulements1.2 Caractristiques de dmarrage a) Conditions de dmarrage : Un moteur asynchrone triphas doit satisfaire aux conditions : - Le couple _____________________doit tre suprieur _________________________ TD > T R - Lintensit de dmarrage ne doit pas provoquer de perturbation sur le rseau , (dclenchement de protection, chute de tension infrieure 10 % de la tension assigne) b) Diminution de lintensit au dmarrage : En rduisant _________________________________ on diminue lintensit absorbe au dmarrage .

I rd = I d

Ud Un

avec Ud = Tension rduite au dmarrage Un = Tension nominale

Ird = Intensit rduite au dmarrage sous tension Ud Id = Intensit au dmarrage sous tension Un

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La rduction de la tension pour effet de rduire le couple ,dautant que le couple est proportionnel au carr de la tension : T = k . U2

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En rduisant la tension de dmarrage la valeur du couple devient: Trd = Td x (Ud / Un)2 Trd = Couple sous tension rduite Ud Td = Couple de dmarrage sous tension nominale 2 - DEMARRAGE DIRECT : 2.1 Principe : Cest le procd de dmarrage le plus simple , les enroulements du stator sont coupls directement sur le rseau, le moteur dmarre et atteint sa vitesse nominale 2.2 Caractristiques : La courbe (fig. 1) indique une surintensit ______________________________________ ______________________________________ _________________________________. (fig. 1) Courbes du couple et de lintensit en dmarrage direct b) Couple : Au moment du dmarrage, __________ ______________________________________ ______________________________________.

Fig1

fig2

a) Intensit : 2.3 Dmarrage contacteur Dmarrage direct semi automatique 1sens de marche

Circuit de puissance: ci-dessus

Circuit de commande

Le moteur est aliment en triphas par un contacteur pour la commande, le sectionnement est assur

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par un sectionneur, la protection par des _________ pour les courts-circuits, et un _________________ pour les surcharges. (page 3) Dmarrage direct par contacteur, un sens de marche.

b) Circuit de commande : (page 5) Laction sur S3 enclenche KM1 qui sautoalimente, larrt est provoqu par S2. Cest la fonction mmoire voir les schmas du circuit de commande ainsi que les quations lectriques en page 2 et page 4. Le contact KM1 ___________________ ___________________________________ de la bobine du contacteur.

2.4 Inversion du sens de marche : a) Circuit de puissance : On inverse _______________________________________________________ pour inverser le sens de rotation du moteur. Un verrouillage mcanique est ncessaire pour viter le court-circuit entre les deux phases dans le cas o les contacteurs KM1 et KM2 seraient ferms ensemble, il existe aussi le verrouillage lectrique. (page 6) Dmarrage direct semi automatique , deux sens de marche. b) Circuit de puissance et de commande dun dmarrage direct 2 sens de marche: (page 4).

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I r = I / 3

Un verrouillage lectrique par les contacts ouverture KM1 et KM2 permet de complter le verrouillage mcanique . Il est possible de faire intervenir des contacts de fin de course ou de sur-course.

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Remarque : Ce procd de dmarrage est simple, le couple important donne un temps de dmarrage trs court, mais le courant d'appel tant trs important, dans le rseau, ce ______________________ _________________________________________________________________________________. 3 - DEMARRAGE ETOILE - TRIANGLE : Ce procd ne peut s'appliquer qu'aux moteurs dont toutes les extrmits d'enroulements sont sorties sur la plaque bornes et dont le couplage triangle correspond la tension du rseau soit : - Pour un rseau 230 V entre phases moteur 230/400 V. - Pour un rseau 400 V entre phases moteur 400/700 V. 3.1. Principe et formule (fig. du haut page 6)

Le dmarrage s'effectue en deux temps : - 1er temps : mise sous tension et couplage toile des enroulements. Le moteur dmarre tension rduite - 2e temps : suppression du couplage toile et mise en couplage triangle. Le moteur est aliment pleine tension. 3.2 Caractristiques : a) Intensit : La courbe I = f (N) montre que lappel de courant est rduit dans le rapport 3 des tensions , par rapport au dmarrage direct (voir 2.4 de la page 6) Courbes du couple et de lintensit en dmarrage Y/D

b) Couple Le couple est 3 fois plus faible quen dmarrage direct

Id de 1,3 2,6 In

Td de 0,2 0,5 Tn

3.3 Dmarrage par contacteurs

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L'appui sur le bouton S2-marche provoque l'enclenchement de KM1 et KM2; l'ouverture du contact temporis KM2 ou KA1 provoque le dclenchement de KM1, KM2 et l'enclenchement de KM3.

Schma de puissance et de commande pour un dmarrage toile triangle 1 sens de marche. Le contacteur KM1 tablit _________, alors que le contacteur KM3 ralise les liaisons des trois enroulements _________________. Chacun de ces deux contacteurs remplace les barrettes sur la plaque bornes de moteur schma du circuit de puissance toile triangle semi- automatique : 1 sens de marche

a) Circuit de commande (page 6)

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Couplage pour un moteur asynchrone triphasRESEAU ELECTRIQUE (EDF) : Rseau triphas avec neutre L1 L2 L3 N Rseau triphas L1 L2 L3 L1-L2-L3 reprsentent les trois phases : N : Conducteur de neutre U : tension entre 2 phases (tension compose ) V : tension entre la phase et le neutre (tension simple) U = V x 3 PLAQUE A BORNE DUN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE ET EMPLACEMENT DES ENROULEMENTS

U1

V1

W1

W2

U2

V2

COUPLAGE EN ETOILE

COUPLAGE EN TRIANGLE

U : tension compose entre 2 phases Ve : tension pour un enroulement du moteur (ex : Moteur 130 / 230 V Ve = 130 V) FORMULES

I : courant pour une phase Je : courant pour un enroulement FORMULES

b) inversion du sens de marche (voir page 8) Un _______________en dbut du circuit de puissance permet d'inverser le sens de marche.

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3.4. Conclusions : Ce montage permet de ________________________________________en utilisant un appareillage assez simple. Nanmoins, il prsente deux inconvnients: le couple est trs rduit et il y a ________ au moment du passage d'toile en triangle avec une nouvelle pointe dintensit. On emploie ce procd surtout pour les machines qui dmarrent vide, ventilateurs, machines bois, etc. 4 - DEMARRAGE STATORIQUE : 4.1. Principe L'alimentation ___________________ est obtenue dans un premier temps par la mise en srie d'une rsistance dans le circuit, cette rsistance est ensuite court-circuite 4.2. Caractristiques (voir page 14) a) Intensit : Elle n'est rduite que proportionnellement la tension applique au moteur. b) Couple moteur : Il est rduit, et diminue comme le carr de la diminution de tension.

4.3. Dmarrage contacteurs : a) Circuit de puissance : (voir page 13) Le contacteur ___________________________________. Il assure le court-circuit des rsistances. Dmarrage statorique 1 sens de marche schma de puissance et de commande

RESEAU 130 / 230 VM 3~

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MOTEUR 130 / 230 V

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RESEAU 230 / 400 VM 3~

MOTEUR 130 / 230 VM 3~

MOTEUR 230 / 400 VM 3~

MOTEUR 400 / 700 V RESEAU 400 / 700 VM 3~

MOTEUR 130 / 230 VM 3~

MOTEUR 230 / 400 VM 3~

MOTEUR 400 / 700 V

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b) Circuit de commande : - Le sectionneur Q1 tant ferm, une impulsion sur le bouton poussoir S2 enclenche le contacteur KM 1 qui s'auto-alimente ; le moteur dmarre avec les rsistances ______________ sur le stator. - Lorsque le contact temporis KA1 se ferme, KM11 s'enclenche et ____________ les rsistances. - Une impulsion sur S1 provoque l'arrt. c) Dmarrage statorique 2 sens de marche circuit de puissance et de commande

4.4. Conclusion : Ce montage prsente un meilleur quilibre entre les deux temps de dmarrage, mais comme le montage toile triangle, la faible rduction d'intensit au dmarrage entrane une forte rduction du couple de dmarrage. 5. - DEMARRAGE ROTORIQUE : Ce procd de dmarrage exige l'emploi d'un moteur asynchrone triphas ______________________ avec sortie de l'enroulement rotorique sur trois bagues. 5.1. Principe : (voir page 16) On _____________________________________________________________________________, ce qui s'effectue en montant en srie dans le circuit du rotor des rsistances que l'on limine, au fur et mesure que le moteur prend de la vitesse. 5.2. Caractristiques a) Intensit :______________________________________________________________________ _________________________________ nominale . b) Couple : Le couple de dmarrage est de _____________________________________ excessive. 5.3. Dmarrage contacteurs : a) Circuit de puissance : C'est le cas du dmarrage en 3 temps. Les contacteurs KM11 puis KM12 se ferment avec un temps de retard par rapport KM1. d) Circuit de commande Une impulsion sur S2 enclenche KA1 , puis KM1 qui s'auto-alimente. La fermeture du contact temporis KA1 enclenche KM11 qui court-circuite une partie des rsistances. La fermeture du contact temporis KM11, enclenche KM12 qui court-circuite la totalit des rsistances.

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5.4. Conclusion : Ce procd permet d'obtenir un bon couple de dmarrage avec un appel de courant rduit, mais il ncessite un moteur rotor bobin, plus cher et moins robuste que le moteur cage. Ce systme est employ en levage.

6 - MOTEUR A 2 VITESSES : donn pour informationCertains moteurs sont conus pour tourner deux vitesses diffrentes : - soit avec deux enroulements spars; Dans ce cas les deux vitesses sont obtenues indpendamment lune de lautre . - soit avec le mme enroulement dans lequel on connecte lenvers une bobine sur deux de chaque phase, on obtient deux vitesses dont lune est le double de lautre . 6.1 Principe : (voir page 20) - En petite vitesse (PV) couplage triangle-srie - En grande vitesse (GV) couplage toileparallle. (Couplages des enroulements dans les moteurs deux vitesses (______________) Ces deux couplages permettent davoir une tension adapte des enroulements dans les deux vitesses. La plaque bornes ne comporte que six bornes . Plaque 6 bornes pour moteur 2 vitesses

Dmarrage dun moteur 2 vitesses , couplage de ples . Couple constant Dahlander L1 L2Q1

L3

KM3

KM1

KM2

F1

F2

U1

V1

W1 U2 V2 W2

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REMARQUE : Dans les moteurs deux vitesses couplage des enroulements , le rapport des vitesses est toujours de 1 2, par exemple, 3 000 1 500 tr/min ou 1 500 750 tr/min .

7 TABLEAU RECAPITULATIF DES PROCEDES DE DEMARRAGE :

Pour rduire lappel de courant au dmarrage du moteur asynchrone dinduction on dispose de diffrents procds :MODE DE DEMARRAGE COURANT DE DEMARRAGE COUPLE DE DEMARRAGE DUREE MOYENNE AVANTAGES DIRECT ETOILE TRIANGLE 1,3 2,6 In STATORIQUE ROTORIQUE

4 8 In

4,5 In

2,5 In

0,6 1,5 Tn

0,2 1,5 Tn

0,6 0,85 Tn

2,5 Tn

2 3s

3 7s

7 12s trop long 2,5 5 s

Dmarrage _____________ _____________ Couple de dmarrage important _____________ _____________ importante Dmarrage assez violent

Bon rapport couple courant _____________ _____________.

Pas de coupure dalimentation Rduction des pointes de courant

Trs bon rapport couple/courant Pas de coupure dalimentation.

INCONVENIENTS

Couple de dmarrage faible _____________ _____________ cours de dmarrage. _____________ _____________ ou avec de faibles charges P= 37 kW max

Ncessit de rsistances Faible rduction de la pointe dintensit

_____________ _____________ ___________ Ncessit de rsistances

APPLICATIONS

Petits moteurs jusqu 5 kW

Machines forte Dmarrage inertie progressif Levage

Le freinage dun moteur peut se faire par action mcanique (frein disque lectromagntique) , lectrique (contre courant, ou injection de courant continu) .

Utilisation de variateur la place de ces deux types de dmarrage

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