Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 1 Démarrage 1-Introduction Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort appel de courant qui peut provoquer des chutes de tension importantes dans une installation électrique. Pour ces raisons en autres, il faut parfois effectuer un démarrage différent du démarrage direct. Il est donc logique de limiter le courant pendant le démarrage à une valeur acceptable. Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain cas seulement). 2-Choix d’un démarreur : Le choix est guidé par des critères économiques et techniques qui sont : les caractéristiques mécaniques, les performances recherchées, la nature du réseau d’alimentation électrique l’utilisation du moteur existant dans le cas d’un rééquipement, la politique de maintenance de l’entreprise le coût de l’équipement. Le choix d’un démarreur sera lié : au type d’utilisation : souplesse au démarrage, à la nature de la charge à entraîner au type de moteur asynchrone à la puissance de la machine à la puissance de la ligne électrique à la gamme de vitesse requise pour l’application. Dans la suite de ce chapitre, nous exposerons et comparerons les différents types de démarreur.

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Démarrage

1-Introduction

Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort appel

de courant qui peut provoquer des chutes de tension importantes dans une installation

électrique. Pour ces raisons en autres, il faut parfois effectuer un démarrage différent

du démarrage direct.

Il est donc logique de limiter le courant pendant le démarrage à une valeur acceptable.

Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain cas seulement).

2-Choix d’un démarreur :

Le choix est guidé par des critères économiques et techniques qui sont :

les caractéristiques mécaniques,

les performances recherchées,

la nature du réseau d’alimentation électrique

l’utilisation du moteur existant dans le cas d’un rééquipement,

la politique de maintenance de l’entreprise

le coût de l’équipement.

Le choix d’un démarreur sera lié :

au type d’utilisation : souplesse au démarrage,

à la nature de la charge à entraîner

au type de moteur asynchrone

à la puissance de la machine

à la puissance de la ligne électrique

à la gamme de vitesse requise pour l’application.

Dans la suite de ce chapitre, nous exposerons et comparerons les différents types de

démarreur.

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Démarrage des Moteurs Asynchrones Triphasés

3-Types de Démarrage :

3-1-Le démarrage direct :

C'est le mode de démarrage le plus simple. Le moteur démarre sur ses caractéristiques

"naturelles". Au démarrage, le moteur se compose comme un transformateur dont le

secondaire (rotor) est presque en court-circuit, d'où la pointe de courant au démarrage.

Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant celle du

réseau, ne nécessitant pas une mise en vitesse progressive. Le couple est énergique,

l’appel de courant est important (5 à 8 fois le courant nominal). (Fig1)

Malgré les avantages qu'il présente (simplicité de l'appareillage, démarrage rapide,

coût faible), le démarrage direct convient dans les cas ou :

La puissance du moteur est faible par rapport à la puissance du réseau

(dimension du câble)

La machine à entraîner ne nécessité pas de mise en rotation progressive et peut

accepter une mise en rotation rapide

Le couple de démarrage doit être élevé

Ce démarrage ne convient pas si :

Le réseau ne peut accepter de chute de tension

La machine entraînée ne peut accepter les à-coups mécaniques brutaux

Le confort et la sécurité des usagers sont mis en cause (escalier mécanique)

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3-2-Démarrage étoile triangle :

Ce mode de démarrage n'est utilisable si les deux extrémités de chaque enroulement

sont accessibles. De plus, il faut que le moteur soit compatible avec un couplage final

triangle.

(fig2)

(Fig3)

Ordre de marche

Temporisation

Ouverture de KM2

Ordre d’arrêt

0

0

1

0

3

0

2

0

KM2 KM1

KM1

KM1 KM3

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Lors du couplage étoile, chaque enroulement est alimenté sous une tension 3 fois plus

faible, de ce fait, le courant et le couple sont divisés par 3.

Lorsque les caractéristiques courant ou couple sont admissibles, on passe au couplage

triangle. Le passage du couplage étoile au couplage triangle n'étant pas instantané, le

courant est coupé pendant 30 à 50 ms environ. Cette coupure du courant provoque

une démagnétisation du circuit magnétique. Lors de la fermeture du contacteur

triangle, une pointe de courant réapparaît brève mais importante (magnétisation du

moteur).

3-3-Démarrage statorique :

Ce type de démarrage a des caractéristiques comparables au démarrage étoile triangle

Il n’y a pas de coupure de l’alimentation du moteur entre les deux temps de

démarrage.(Fig4)

Ce dernier démarreur peut être associé au dispositif de démarrage étoile-triangle. On

démarre en étoile, puis on passe en couplage triangle avec les résistances, et enfin on

termine en couplage triangle direct.

Pour les moteurs de grosse puissance, les résistances sont remplacées par un

démarreur à résistances électrolytiques. Des barres sont plongées progressivement

dans une cuve remplie de liquide. Au fur et à mesure que les barres plongent, la

CY

N N

C

IY

I C I

Ordre de marche

Temporisation

Ouverture d’arrêt

0

0

1

0

2

0

KM1

KM2 KM1

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résistance diminue progressivement, et en fin de démarrage, on court-circuite les

résistances.

3-4-Tension réduite par autotransformateur :

Dans le démarrage par autotransformateur, on effectue le même type que le

démarrage étoile triangle (on a en plus le choix du rapport des tensions en choisissant

le rapport de transformation) mais les phénomènes transitoires du démarrage étoile

triangle (pointe de courant au passage triangle, ne vont plus exister car le courant n'est

jamais coupé).

Dans un premier temps, on démarre le moteur sur un autotransformateur couplé en

étoile. De ce fait, le moteur est alimenté sous une tension réduite réglable. Avant de

passer en pleine tension, on ouvre le couplage étoile de l'autotransformateur, ce qui

met en place des inductances sur chaque ligne limitant un peu la pointe et presque

aussitôt, on court-circuite ces inductances pour coupler le moteur directement au

réseau.(Fig5)

(Fig5)

Id = 1,7 à 4 In

Cd = 0,5 à 0,85 Cn

Ce mode de démarrage est surtout utilisé pour les fortes puissances (> 100 kW) et

conduit à coût de l’installation relativement élevé, surtout pour la conception de

l'autotransformateur.

Ordre de marche

Temporisation 1

Temporisation 2

Ordre d’arrêt

0

0

1

0

3

0

2

0

KM1 KM3

KM1

KM1 KM2

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3-5- Démarrage des moteurs à bagues :

Un moteur à bagues ne peut démarrer en direct, avec ses enroulements

rotorique court-circuités, sinon il provoquerait des pointes de courant

inadmissibles. Il est nécessaire, tout en alimentant le stator sous la pleine

tension du réseau, d’insérer dans le circuit rotorique des résistances

( Fig.6) qui sont ensuite court-circuitées progressivement.

Le calcul de la résistance insérée dans chaque phase permet de

déterminer de façon rigoureuse la courbe couple-vitesse obtenue. Il en

résulte que celle-ci doit être insérée en totalité au moment du démarrage

et que la pleine vitesse est atteinte lorsqu'elle est entièrement court-circuitée.

Le courant absorbé est sensiblement proportionnel au couple fourni ou,

du moins, n'est que peu supérieur à cette valeur théorique.

Par exemple, pour un couple de démarrage égal à 2 Cn, la pointe de

courant est d'environ 2 In. Cette pointe est donc considérablement plus

faible et le couple maximal de démarrage plus élevé qu'avec un moteur à

cage, pour lequel les valeurs typiques, en couplage direct sur le réseau,

sont de l'ordre de 6 In pour 1.5 Cn. Le moteur à bagues, avec un

démarrage rotorique, s'impose donc dans tous les cas où les pointes de

courant doivent être faibles et pour des machines démarrant à pleine

charge.

Par ailleurs, ce type de démarrage est extrêmement souple, car il est

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facile d'ajuster le nombre et l'allure des courbes représentant les temps

successifs aux impératifs mécaniques ou électriques (couple résistant,

valeur d'accélération, pointe maximale de courant, etc.).

3-6- Démarrage/ralentissement par démarreur électronique

(soft starter)

C’est un mode de démarrage performant ( Fig.7) qui permet un

démarrage et un arrêt en douceur

Il peut être utilisé :

- en limitation de courant,

- en régulation de couple.

Le contrôle par limitation de courant permet de fixer un courant maximum

(3 à 4 x In) pendant la phase de démarrage au détriment des

performances en couple. Ce contrôle est particulièrement adapté aux

“turbomachines” (pompes centrifuges, ventilateurs).

Le contrôle par régulation de couple permet d’optimiser les performances

en couple au démarrage au détriment de l’appel de courant sur le réseau.

Celui-ci est adapté aux machines à couple constant.

Ce type de démarreur permet une multitude de schéma :

- un sens de marche,

- deux sens de marche,

- shuntage de l’appareil en fin de démarrage,

- démarrage et ralentissement de plusieurs moteurs en cascade,

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3-7- Démarrage par convertisseur de fréquence :

C’est un mode de démarrage performant ( Fig.8) utilisé dès qu’il est

nécessaire de contrôler et de faire varier la vitesse

Il permet entre autre :

- de démarrer des charges de forte inertie,

- de démarrer des charges importantes sur un réseau de faible pouvoir

de court-circuit,

- d’optimiser la consommation d’énergie électrique en fonction de la

vitesse sur les turbomachines.

Ce type de démarrage s’applique sur tous types de machines.

Cette solution est utilisée pour le réglage de la vitesse du moteur et

accessoirement pour le démarrage.

A Fig.

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Tableau récapitulatif

Démarra

ge direct

Démarrage

étoile triangle

Démarrage

statorique

Démarrage

par auto transformat

eur

Démarrage

rotorique

Démarreur

électronique

Courant de

démarrage

100% 33% 50% 40/65/80% 70% 150 à

750%

Surcharge

en ligne

4 à 8 In 1.3 à 1.6 In 4.5 In 1.7 à 4 In <2.5 In

Couple en

% de Cd

100% 33% 50% 40/65/80% 10 à50%

(50 à 100% en

100ms)

Couple initiale au

démarrage

0.6à 1.5 Cn

0.2 à 0.5 Cn

0.6 à 0.85 Cn

0.4 à 0.85 Cn

0.4 à 0.85 Cn

<2.5 Cn

commande T.O.R T.O.R 1 cran fixe 3 crans fixe De 1 à 5

crans

électroniq

ues

avantages -

démarreu

r simple et

économiq

ue

-couple au

démarrag

e important

-

économiqu

es -bon

rapport

couple/cour

ant

-

possibilité

s de réglages

des valeurs

au

démarrage

-bon

rapport

couple/courant

-

possibilités

de réglages des valeurs

au

démarrage

-très bon

rapport

couple/courant

-possibilité

de réglage

des valeurs au

démarrage

-

Démarrag

e sans à coup

-montée

progressiv

e en vitesse

-limitation

de l’appel de courant

au

démarrage

inconvénients

-pointe de

courant

très important

e

-

démarrage brutal

-couple de démarrage

faible

-coupure d’alimentati

on au

changement

de couplage -moteur 6

bornes

-faible réduction

de la

pointe de courant au

démarrage

-nécessite

des résistances

volumineu

ses

-nécessite un auto

transformat

eur onéreux -présente

des risques

de réseau

perturbé

-moteur à bague plus

onéreux

-prix

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Démarrage des Moteurs Asynchrones Monophasés Démarrage des moteurs monophasés Un moteur monophasé ne pouvant démarrer seul, différents artifices sont

utilisés pour le lancer.

1- Démarrage par phase auxiliaire Sur ce type de moteur ( Fig.9), le stator comprend deux enroulements

décalés géométriquement de 90°.

Lors de la mise sous tension, du fait de la différence de construction des

bobinages, un courant I1 traverse la phase principale et un courant plus

faible I2, sensiblement déphasé de p/2, circule dans la phase auxiliaire.

Les champs engendrés étant produits par deux courants déphasés, l’un

par rapport à l’autre, le champ tournant résultant est suffisant pour

provoquer le démarrage à vide du moteur. Lorsque le moteur atteint

environ 80 % de sa vitesse, la phase auxiliaire peut être mise hors circuit

(coupleur centrifuge), ou maintenue en service. Le stator du moteur se

trouve ainsi transformé, au moment du démarrage ou en permanence, en

stator diphasé.

Pour inverser le sens de rotation, il suffit d'inverser les connexions d’une

phase.

Le couple fourni lors du démarrage étant faible, il convient pour l'accroître

d'augmenter le décalage entre les deux champs produits par les

bobinages.

2-Démarrage par phase auxiliaire et résistance Une résistance placée en série dans la phase auxiliaire en augmente

l’impédance et accroît le décalage entre l1 et l2.

Le fonctionnement en fin de démarrage est identique à celui avec phase

auxiliaire seule.

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3- Démarrage par phase auxiliaire et inductance Le principe est le même que précédemment, mais la résistance est

remplacée par une inductance qui, montée en série dans la phase

auxiliaire, accroît le décalage entre les deux courants.

4- Démarrage par phase auxiliaire et condensateur C’est le dispositif le plus utilisé. Il consiste à placer un

condensateur dans la phase auxiliaire. La valeur pratique de la capacité

pour le condensateur permanent est d'environ 8 μF pour un moteur de

200 W. Pour le démarrage, un condensateur supplémentaire de 16 μF

peut être nécessaire et est éliminé dès que le démarrage est terminé.

La présence du condensateur provoquant un déphasage inverse à celui

d’une inductance, le fonctionnement en période de démarrage et en

marche normale est voisin de celui d’un moteur diphasé à champ

tournant. D’autre part, le couple et le facteur de puissance sont plus

importants. Le couple de démarrage Cd est sensiblement égal à 3 fois le

couple nominal Cn et le couple maximum Cmax atteint 2 Cn.

Une fois le démarrage effectué, il est préférable de maintenir le

déphasage entre les deux courants, mais la capacité du condensateur

peut être réduite car l’impédance du stator a augmenté.

Le schéma ( Fig.10) représente un moteur monophasé avec un

condensateur connecté en permanence. D’autres dispositions sont

utilisées, comme l’ouverture du circuit de déphasage par un interrupteur

centrifuge à partir d’une certaine vitesse.

Un moteur triphasé (230/400 V) peut être utilisé sur un réseau monophasé

230 V, en le munissant d’un condensateur de démarrage et d’un

condensateur de marche connecté en permanence au détriment de la

puissance utile (déclassement de 0.7 environ), du couple de démarrage et

de la réserve thermique.

Seuls les moteurs quatre pôles de faible puissance (4 kW max) se prêtent

à ce mode de fonctionnement.

Les constructeurs fournissent des tableaux permettant de sélectionner les

condensateurs de valeur appropriée.

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5- Démarrage par bague de déphasage C’est le dispositif ( Fig.11) utilisé dans les moteurs de très faible

puissance (de l’ordre de la centaine de watts). Les pôles comportent des

encoches dans lesquelles sont insérées des bagues conductrices en

court circuit. Le courant induit, généré de cette manière provoque une

distorsion du champ tournant qui permet le démarrage.

Le rendement est faible mais acceptable dans cette gamme de

puissance. A Fig.

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Freinage

Introduction :

Dans un grand nombre d'applications, l'arrêt du moteur est obtenu simplement

par décélération naturelle. Le temps de décélération dépend alors uniquement de

l'inertie de la machine entraînée. Mais il est souvent nécessaire de réduire ce temps.

Le freinage électrique apporte dans ce cas une solution efficace et simple. Par rapport

aux freinages mécanique et hydraulique, il offre l'avantage d'être régulier et de ne

mettre en œuvre aucune pièce d'usure.

Le moteur asynchrone est capable de fonctionner dans les quatre quadrants. Il

développe un couple moteur dans l'un et l'autre sens dans les quadrants Q1 et Q3 et un

couple de freinage dans les quadrants Q2 et Q4. L'inversion du sens de rotation

s'obtient en intervertissant deux des trois phases d'alimentation du moteur, ce qui a

pour effet d'inverser le sens du champ tournant.

Diverses méthodes sont utilisables pour freiner électriquement un moteur

asynchrone :

le freinage hyper synchrone avec renvoi d'énergie active au réseau. Ce freinage

intervient naturellement en survitesse,

le freinage en contre-courant par inversion du champ tournant,

le freinage par injection de courant continu.

Tous ces procédés sont applicables aux moteurs à cage et aux moteurs à bagues.

.Freinage par fonctionnement hypersynehrone

C’est le cas où le moteur est entraîné par sa charge au-dessus de sa vitesse de

synchronisme il se comporte alors comme une génératrice asynchrone débitant sur le

réseau et développe un couple de freinage. EX: Cas des moteurs à bagues et moteur à

plusieurs vitesses lors du passage de GV à PV.

Freinage par couplage hyposynchrone:

Consiste à inverser l’alimentation d’un enroulement du moteur lancé ou entraîné par

la charge (cas des équipements de levages) c'est presque le même procédé pour le

freinage en contre-courant.

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Freinage par couplage monophasé:

Le freinage en monophasé consiste â alimenter le moteur par deux phases du réseau.

Le système est assimilé à 2 moteurs travaillant en opposition.

Branchement des Electro-Freins

Electro-Freins à Courant Continu ou Redressé.

Les figures 1a et 1b représentent des électo-aimants à courant redressé. L’alimentation

de ces deux systèmes est prélevée aux bornes

d’un enroulement du moteur asynchrone

triphasé.

Remarques:

Parfois, la tension d’alimentation est prélevée

sur une partie d’un enroulement. La tension

d’alimentation de la bobine du frein peut être

fournie par un transformateur et redressé par

cellules incorporées.

Avantages

L'électro-aimant à courant continu ou redressé

réalise un serrage et desserrage progressifs,

donc le moment du couple résultant est

progressif (voir courbe ci-dessous). Ce type de

frein est apprécié là où i1 faut éviter les à-

coups, exemple: ponts roulants. Pour avoir des

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 15

Fig. 2a

temps de réponse au freinage courts. Le schéma de la figure la peut être transformé en

schéma Fig. 1b. (Coupure sur le continu), obligatoire pour certaine applications de

levage.

Electro-Freins à Courant Alternatif: (Fig. 2a et 2b):

L’électro-aimant à courant alternatif se

comporte comme un récepteur triphasé

équilibré, qui peut être branché en

étoile ou en triangle.

Propriétés: Cet électro-aimant

possède des temps de réponse très

courts. Moteurs appréciés pour tous les

mouvements cadencés.

Emploi: Manutention, presses,

machines outils, etc.

Branchement des Electo-Freins

Electo-Freins à Courant Continu ou

Redressé.

Les figures 1a et 1b représentent des électo-

aimants à courant redressé. L’alimentation de

ces deux systèmes est prélevée aux bornes d’un

enroulement du moteur asynchrone triphasé.

Remarques:

Parfois, la tension d’alimentation est prélevée

sur une partie d’un enroulement. La tension

d’alimentation de la bobine du frein peut être

fournie par un transformateur et redressé par

cellules incorporées.

Avantages

L'électo-aimant à courant continu ou redressé

réalise un serrage et desserrage progressifs,

donc le moment du couple résultant est

progressif (voir courbe ci-dessous). Ce type de frein est apprécié là où 1 faut éviter les

à-coups, exemple: ponts roulants. Pour avoir des temps de réponse au freinage courts.

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Fig. 2a

Le schéma de la figure la peut être transformé en schéma Fig. 1b. (Coupure sur le

continu), obligatoire pour certaine applications de levage.

Electro-Freins à Courant Alternatif: (Fig. 2a et 2b):

L’électro-aimant à courant alternatif se

comporte comme un récepteur triphasé

équilibré, qui peut être branché en

étoile ou en triangle.

Propriétés: Cet électro-aimant

possède des temps de réponse très

courts. Moteurs appréciés pour tous les

mouvements cadencés.

Emploi: Manutention, presses,

machines outils, etc.

Freinage hypersynchrone :

C'est le cas où le moteur est entraîné par sa charge au-dessus de la vitesse de

synchronisme. Il se comporte alors comme une génératrice asynchrone et développe

un couple de freinage. Aux pertes prés, l'énergie est récupérée par le réseau.

Sur un moteur de levage, la descente de la charge à la vitesse nominale

correspond à ce type de fonctionnement. Le couple de freinage équilibre alors

exactement le couple dû à la charge et amène non pas un ralentissement, mais une

marche à vitesse constante.

S'il s'agit d'un moteur à bagues, il est essentiel de court-circuiter tout ou partie

des résistances rotoriques, pour éviter que le moteur ne soit entraîné très au-delà de sa

vitesse nominale, avec les risques mécaniques que cela comporterait.

Ce fonctionnement possède les qualité idéales d'un système de retenue de

charge entraînante :

la vitesse est stable, pratiquement indépendante du couple entraînant,

l'énergie est récupérée et renvoyée au réseau.

Il ne correspond cependant qu'à une seule vitesse, c'est-à-dire

approximativement à la vitesse nominale.

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 17

Le freinage hypersynchrone se rencontre également sur les moteurs à plusieurs

vitesses lors du passage de la grande à la petite vitesse.

Ce freinage intervient lorsque la machine entraîne le moteur à une vitesse

supérieure à la vitesse de synchronisme (figure 1). le couple maximal de freinage est

de même valeur que le couple moteur maximal.

Une charge entraînante devenue plus forte que la valeur correspondante au

couple maximal ne pourrait être retenue par le moteur.

On ne peut pas arrêter la charge.

Freinage en contre-courant :

Le principe consiste, après avoir isolé le moteur du réseau alors qu'il tourne

encore, à le reconnecter sur le réseau en sens inverse. C'est un mode de freinage très

efficace qui doit être arrêté suffisamment tôt pour éviter que le moteur ne reparte en

sens inverse.

Divers dispositifs automatiques sont employés pour commander l'arrêt dès que

la vitesse approche de zéro : détecteurs d'arrêt à friction, détecteurs d'arrêt centrifuges,

dispositifs chronométriques, etc.

a) Moteur à cage :

Avant d'adopter ce système, il faut absolument s'assurer que le moteur est

capable de supporter des freinages en contre courant avec le service envisagé. En

effet, outre les contraintes mécaniques, ce procédé impose des contraintes thermiques

importantes au rotor, l'énergie correspondant à chaque freinage (énergie de glissement

prise au réseau et énergie cinétique) étant dissipée dans la cage.

Au moment du freinage, les pointes de courant et de couple sont nettement

supérieures à celles produites lors du démarrage.

Afin d'obtenir un freinage sans brutalité, il est souvent inséré, lors du couplage en

contre-courant, une résistance en série avec chaque phase du stator. Le couple et le

courant sont alors réduits comme dans le cas du démarrage statorique.

Les inconvénients du freinage par contre-courant d'un moteur à cage sont tels que ce

procédé n'est utilisé que sur certaines applications avec des moteurs de faible

puissance.

Figure -1- Q2 et Q4 freinage hypersynchrone

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 18

Ce freinage est obtenu par inversion de l'alimentation de deux phases du

moteur. L'énergie n'est pas renvoyée au réseau, elle est dissipée dans le circuit

rotorique. Pour un moteur à cage, le couple de freinage est faible à grande vitesse.

Pour un moteur à bagues, des résistances rotoriques supplémentaires permettent de

renforcer l'efficacité du freinage.

On peut arrêter une charge (figure 2) car le moteur développe un couple de

freinage à vitesse nulle.

B) Moteur à bagues :

Afin de limiter la pointe de courant et de couple, il est impératif, avant de

coupler le stator du moteur en contre-courant, de réinsérer les résistances rotoriques

ayant servi au démarrage, et souvent même d'ajouter une section supplémentaire dite

de freinage.

Le couple de freinage peut être facilement réglé à la valeur désirée en

choisissant une résistance rotorique convenable.

Au moment de l'inversion, la tension rotorique est presque le double de la tension

rotorique à l'arrêt, ce qui impose quelquefois des précautions particulières d'isolement.

Comme pour les moteurs à cage, une énergie importante est produite dans le

circuit rotorique. Elle est dissipée en grande partie dans les résistances.

La commande automatique de l'arrêt à la vitesse nulle peut être faite par l'un des

dispositifs cités plus haut, ou bien par l'action d'un relais de tension ou de fréquence

inséré dans le circuit rotorique.

Avec ce système, il est possible de retenir une charge entraînante à une vitesse

modérée. La caractéristique est très instable (fortes variations de vitesse pour faibles

variations de couple).

Figure -2- Q2 et Q4 freinage en contre-courant

En freinage, les résistances

ne sont pas obligatoires à

condition que le moteur et la

mécanique supportent le

contre-courant sous la pleine

tension

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 19

FREINAGE EN CONTRE COURANT: Contrôle par relais de mesure de la tension rotorique

fonctionnement freinage

Ce procédé de freinage se fait, en changeant le

sens de rotation du champ par commutation de

deux fils quelconque venant au stator.

Le rotor tourne dans le sens inverse de celui du

champs avec g>1.

Si le moteur est à rotor à bagues on introduit dans

le circuit rotorique une série de résistances (R1,

R2, R3) qui seront court-circuitées

successivement et progressivement pour limiter le

contre courant.

L’arrêt total du moteur est assuré par un relais à

maximum de tentions [U>0]

Fonctionnement:

*Moteur en marche normale -KM1 étant déjà fermé.

-KM3 fermé.

-KM5 fermé.

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 20

Freinage par injection de courant continu :

Ce mode de freinage est utilisé sur les moteurs à bagues et à cage. Par rapport

au système à contre-courant, le prix de la source de courant redressé est compensé par

un moindre volume des résistances. Avec les variateurs et démarreurs électroniques,

cette possibilité de freinage est offerte sans supplément de coût.

Le procédé consiste à envoyer du courant redressé dans le stator préalablement

séparé du réseau. Ce courant redressé crée un flux fixe dans l'espace. Pour que la

valeur de ce flux corresponde à un freinage convenable, le courant doit être environ

1,3 fois le courant nominal. L'excédent de pertes thermiques dû à cette légère

surintensité est généralement compensé par le fait que le freinage est suivi d'un temps

d'arrêt.

La valeur du courant étant fixée par la seule résistance des enroulements du

stator, la tension de la source de courant redressé est faible. Cette source est

généralement constituée de redresseurs ou fournie par les variateurs. Ceux-ci doivent

pouvoir supporter les surtensions transitoires produites par les enroulements qui

viennent d'être déconnectés du réseau alternatif (à 380 volts efficaces, par exemple).

Le mouvement du rotor représente un glissement par rapport à un champ fixe

dans l'espace (alors que, dans le système à contre-courant, le champ tourne en sens

inverse).

Le moteur se comporte comme un générateur synchrone débitant dans le rotor. Les

caractéristiques obtenues avec un système de freinage par injection de courant

redressé présentent, par rapport à celles résultant d'un système à contre-courant, des

différences importantes :

l'énergie dissipée dans les résistances rotoriques ou dans la cage est moins

importante. Il s'agit uniquement de l'équivalent de l'énergie mécanique

communiquée par les masses en mouvement. La seule énergie prise au réseau est

l'excitation du stator,

* Freinage:

- Impulsion sur S1

- Ouverture de KM1,

- Ouverture de KM3, KM5.

- Fermeture de KM2.

- Excitation du relais de mesure de tension U.

- Fermeture de KM3 (après un temps t1).

- Fermeture de KM4 (après un temps t2).

- KM5 fermé après un temps t3

- Ouverture de KM4

- Relais de mesure de tension U désexcité

- Ouverture de KM2 (Arrêt).

Page 21: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 21

si la charge n'est pas entraînante, le moteur ne redémarre pas en sens inverse,

si la charge est entraînante, le système fournit un freinage permanent qui retient

cette charge à faible vitesse. La caractéristique est beaucoup plus stable qu'en

contre-courant.

Dans le cas d'un moteur à bagues, les caractéristiques couple-vitesse sont fonction du

choix des résistances.

Dans le cas d'un moteur à cage, ce système permet de régler facilement le couple de

freinage en agissant sur le courant continu d'excitation.

Afin d'éviter les échauffements inutiles, il faut prévoir un dispositif coupant le courant

dans le stator une fois le freinage réalisé.

Ce freinage consiste à injecter du courant continu dans le stator dont

l'alimentation à partir du réseau a été préalablement interrompue. Le flux fixe

engendré dans l'espace freine alors le rotor et le maintient à basse vitesse dans le cas

d'une charge entraînante.

Arrivé à basse vitesse, le couple de freinage augmente fortement avant de

s'annuler à vitesse nulle. Dans le cas d'une charge entraînante, il sera nécessaire d'agir

sur un frein mécanique pour assurer l'immobilisation à l'arrêt (figure 3).

Figure -3- Q2 et Q4 freinage par injection de courant continu

Page 22: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 22

FREINAGE PAR INJECTION DE COURANT CONTINU OU

FREINAGE DYNAMIQUE:

Page 23: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 23

Fonctionnement:

*Circuit de puissance

*Démarrage:

-Fermeture de Q1

-Fermeture de KM1

*Freinage:

-Ouverture de KM 1.

-Fermeture de KM 2.

-Ouverture de KM 2 (après arrêt total )

*Circuit de commande:

*Freinage

-Impulsion Sur S1,

-Désexcitation de KM 1.

-Fermeture du contact KM1 (51-52)

-Excitation de KM2 (freinage).

-Ouverture du contact temporisé à l'ouverture

KM1 (57-58).

Commentaire:

Le stator est débranché du réseau et est excité en courant continu par une source de

courant continu ici un redresseur sec (a diodes).

Deux enroulements du stator connectés en série sont alimentés par le redresseur dont

lequel le stator crée un champ fixe qui fait naître des forces d’attraction sur le rotor en

court-circuit.

R: Résistance pour limiter le courant redressé.

KM2: Pour le freinage.

Page 24: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 24

FREINAGE PAR INJECTION DE COURANT CONTINU: Contrôle par relais à

minimum de courant: I<

Fonctionnement:

* Freinage

(Moteur déjà lancé)

- Ouverture de KM 1.

- Ouverture de KM3,

- Fermeture de KM4, KM5, KM2 (freinage).

- Fermeture de KM3.

- Ouverture de KM2.

- Ouverture de KM3, KM4, KM5 (arrêt).

* Circuit de commande freinage:

- Impulsion sur S1

- Désexcitation de la bobine de KM1, et celle de KM3

- Fermeture du contact KM1 (21-22)

(Verrouillage freinage).

- Excitation des bobines de KM2, KM4 et KM5.

- Fermeture du contact KM5 (13-14) (auto- maintien)

- Ouverture du contact KM5 (2 l-22). (Verrouillage

démarrage).

- Fermeture du contact KM4 (67-68)

(Temporisé au travail).

- Excitation de KM3.

- Désexcitation de la bobine de KM2 par KM3 (21 -22).

- Ouverture du contact relais à minimum de courant I

- Désexcitation des bobines KM3, KM4 et KM

* Remarque:

Ic: courant Ondulé.

La valeur du courant de freinage la plus

répandue étant de Ic = 1 44 In

Page 25: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 25

FREINAGE PAR INJECTION DE COURANT CONTINU EN

AUTO-EXCITATION:

* Principe:

Le moteur isolé du réseau 380v~

continu à tourner par son inertie,

les courants collectés sur l’induit

seront redressés et réinjectés dans

l’inducteur.

Le circuit en trait fin permet l’amorçage du

moteur qui peut alors fonctionner en générateur,

si la vitesse augmente, le freinage est plus

énergique (cas des appareils de levage en cas de

descente).

Fonctionnement:

*Circuit de puissance

-Fermeture de Q1

-Fermeture de KM 1(AV) ou KM2 (AR).

-Fermeture de KM3.

-Fermeture de KM4.

*Freinage:

-Ouverture de KM1 ou KM2.

-Fermeture de KM5 et KM6.

-Fermeture de KM4 et KM3,

*Circuit de commande freinage:

-Impulsion sur S1 (BP arrêt).

-Désexcitation des bobines de

KM1, KA1, KM3, KM4.

•Excitation de KA3.

-Fermeture du contact temporisé

KA3 (57-58).

-Excitation de KM5, KM6.

-Désexcitation de KA3.

-Ouverture du contact KA3(57-58) temporisé

au repos.

-Désexcitation de KM5. KM6.

Page 26: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 26

FREINAGE PAR OPPOSITION DE TENSION:

Fonctionnement:

- Fermeture de KM2 et de KM3

-Une tension Ur apparaît aux bornes du rotor avec

UR > UT

Le rotor débite dans les résistances R1, R2, R3

Les courants rotoriques produisent un couple

important, le moteur accélère

Lorsque UR > UT autotransformateur ne débite aucun

courant

- A l'instant où UR = UT. la vitesse se stabilise.

- Si la vitesse augmente par la charge), la tension UR

est plus petite que UT. Les courants rotoriques

s'annulent, le couple aussi la vitesse diminue.

- Supposons que la vitesse ait diminuée: la tension UR

augmente, de même les courants rotoriques et le

couple, donc la vitesse augmente

-remarque: l’intensité dans les résistances est fournit

tantôt par le rotor tantôt par l'autotransformateur,

Ce mode d'alimentation utilisé pour les appareils de

lavage permet soit le fonctionnement normal par

fermeture des contacteurs KM 1 ou KM2

Le freinage se fait par la fermeture de KM8. KM3.

KM4 ou de KM5.

La montée en vitesse lente et stable se fait par

fermeture de KM2 et KM3, KM4 ou KM5.

• Principe:

- le couple est proportionnel à l'intensité dans le rotor.

- La tension UR est proportionnelle au glissement

COMMENTAIRE:

Au démarrage une tension UR apparaît au niveau du

rotor avec UR >UT Les courants rotoriques sont

écoules dans les résistances R1, R2, R3, en produisant

un couple important de ce fait le moteur accélère.

Dans la phase où UR > UT les contacts de KM3, KM4

et de KM5 sont fermés et l'autotransformateur ne

débite aucun courant.

- La variation régressive de tension UT est obtenue

garce au jeu de contacteurs KM3, KM4, KM5,

jusqu’à une stabilité de la vitesse où UR = UT

- Ce procédé est utilisé dans les appareils de levage et

manutention dont le freinage est progressif et auto-

régulé, lors de l'entraînement du rotor par la charge la

vitesse augmente la tension UR devient inférieure à

UT ,les courants rotoriques s’annulent ta vitesse

diminue.

La vitesse est réduite la tension UR augmente ainsi les

courants rotoriques et le couple, la vitesse progresse.

Page 27: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 27

Marche normale:

- Fermeture de KM! (Descente) ou

- Fermeture de KM2 (montée).

- Fermeture de KM3

- Fermeture de KM6.

- Fermeture de KM7.

- Fermeture de KM9 le moteur atteint la vitesse de régime.

Montée en vitesse lente:

- Fermeture de KM2.

- Fermeture deKM3.

- Fermeture de KM4 ou de KM5.

Le freinage se fait par la:

- Fermeture de KM5.

- Fermeture de KM3

- Fermeture de KM4 ou de KM5

4Autres systèmes de freinage :

On rencontre encore parfois le freinage en monophasé qui consiste à alimenter

le moteur par deux phases du réseau. A vide, la vitesse est nulle. Ce fonctionnement

s'accompagne de déséquilibres et de pertes importantes.

Citons également le freinage par ralentisseur à courants de Foucault. L'énergie

mécanique est dissipée en chaleur dans le ralentisseur. Le réglage du freinage se fait

facilement par un enroulement d'excitation. Mais l'augmentation importante de

l'inertie est un inconvénient.

Page 28: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 28

Protection

1-Introduction Les machines électriques tournantes peuvent, comme tous les appareils industriels,

être affectées de défauts de fonctionnement. Ces défauts les rendent

en général inaptes à plus ou moins long terme, à assurer leur service, et perturbent

le fonctionnement d’autres matériels. Les défauts, ainsi que les conditions

anormales de fonctionnement, doivent donc être détectés le plus rapidement

possible et provoquer la déconnexion électrique entre la machine et le réseau

auquel elle est raccordée.

• Electrique

- surtension, chute de tension, déséquilibre et perte de phases qui

provoquent des variations sur le courant absorbé,

- courts-circuits dont le courant peut atteindre des niveaux destructeurs

pour le récepteur.

• Mécanique

- calage du rotor, surcharge momentanée ou prolongée qui entraînent

une augmentation du courant absorbé par le moteur, d’où un

échauffement dangereux pour ses bobinages.

Au niveau d’une installation comportant des moteurs électriques, nous

pouvons distinguer deux types de défauts : les défauts d’origine interne

au moteur, et les défauts d’origine externe.

2- Les Défauts : Nous distinguerons deux types de défauts à détecter par les relais

de protections, selon leur origine :

— les

défauts d’origine interne

, dont la source est une avarie d’un composant de la machine électrique tournante ;

— les

défauts d’origine externe

, dont la source est localisée en dehors de la machine électrique, mais dont les

conséquences peuvent entraîner des dégradations dans celle-ci.

a)Défauts Externes : Les défauts externes pouvant affecter le fonctionnement des moteurs sont dus soit aux

perturbations de l’alimentation électrique, soit à l’auxiliaire entraîné.

*Les perturbations de l’alimentation électrique sont les suivantes :

-Les tensions déséquilibrées sont dues à la présence de charges dissymétriques sur le

réseau, à l’ouverture d’une phase (fusion de fusible) ou à des défauts dissymétriques.

- Les baisses de tension peuvent aller de la chute de tension transitoire(d’amplitude

variable entre 0 et 100 %), à la coupure brève(typiquement de moins de 300 ms), ou

longue.

- Les surtensions peuvent être temporaires ou permanentes.

Page 29: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 29

- L’inversion de l’ordre de succession des phases se produit par exemple à la suite

d’une intervention sur le raccordement du câble d’alimentation au moteur ou au

tableau.

* Les perturbations dues à l’organe entraîné sont les suivantes :

- Le démarrage trop long ou rampage est produit, soit par l’augmentation du couple

résistant de l’auxiliaire entraîné (pompe ou ventilateur), soit par diminution du couple

moteur, due à une baisse excessive de tension (couramment de 20 à 30 %Un).

Un cas particulier, mais relativement rare, est le blocage du rotor, par exemple par

un corps étranger ayant pénétré dans le moteur ou par immobilisation intempestive de

la machine entraînée.

-La surcharge est due également à l’augmentation du couple résistant ou à une baisse

de tension (typiquement supérieure à 10 %Un).

-Le désamorçage de la pompe provoque un échauffement rapide de celle-ci.

*De plus, les moteurs synchrones sont sensibles à des perturbations propres

à leur type de fonctionnement :

-La surcharge ou la perte de l’excitation peuvent provoquer une perte de

synchronisme par augmentation de l’angle interne.

-Après une perte d’alimentation, la réapparition brutale de la tension, sans contrôle de

phase, peut entraîner un couplage avec discordance de phase

-Des surtensions de l’ordre de 20 à 30 % de la tension assignée (Un) peuvent

apparaître si, le moteur étant peu chargé, l’alimentation est déconnectée brusquement

et que d’autres moteurs sont connectés sur le même jeu de barres.

Type de surtension Durée Raideur du front/

fréquence

Amortissement

Atmosphérique Très courte (1 à 10μs) Très élevée (1000

kV/μs)

Fort

Décharge

électrostatique

Très courte (ns) Elevée (10 MHz) Très fort

Manœuvre Courte (1ms) Moyenne (1 à 200 kHz) Moyen

A fréquence

industrielle

Longue (>1s) Fréquence du réseau nul

b)Défauts Internes :

Les avaries affectant l’enroulement statorique des moteurs sont de même nature que

celles relatives aux alternateurs. Toutefois, il est probable qu’un court-circuit entre

deux phases évolue plus rapidement en court-circuit avec la masse, du fait des

dimensions relativement plus compactes de la carcasse et du circuit magnétique.

Les défauts d’isolement de l’enroulement rotorique ne concernent que les moteurs

asynchrones à rotor bobiné ou les moteurs synchrones, les barres rotoriques des

moteurs asynchrones à cage n’étant pas isolées de la masse. Les causes de ces défauts

sont de même nature que les alternateurs, bien que la cinétique de dégradation puisse

être plus rapide du fait des dimensions plus réduites de ces machines .Les barres

rotoriques des moteurs asynchrones à cage peuvent se rompre sous l’effet de

contraintes excessives dues à des démarrages trop nombreux ou trop rapprochés.

Page 30: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 30

-Exemple :

pour les grands moteurs asynchrones à démarrage direct, (P> 200 kW), la règle

admise à EDF est de n’autoriser que trois démarrages dans l’heure, pour un maximum

de 5 000 démarrages en 30 ans

- court-circuit phase - terre,

- court-circuit entre phases,

- court-circuit entre spires,

- sur-échauffement des bobinages,

- rupture d’une barre dans les moteurs à cage,

- problèmes liés aux roulements,

Défauts Origines Effets Conséquences sur

le moteur Court circuit • Mise en contact de

plusieurs phases, d'une

phase et du neutre ou

de plusieurs spires

• Pointe de courant • Efforts

électrodynamiques

sur les conducteurs

• Destruction des enroulements

Surtension • Foudre

• Décharge

électrostatique

• Manœuvre

• Claquage diélectrique

au niveau des

enroulements

• Destruction des

enroulements par

perte d'isolation

Déséquilibre de tension • Ouverture d'une phase

• Charge monophasé en

amont du moteur

• Diminution du

couple utile • Sur-échauffement(*)

Baisse et creux de

tension • Instabilité de la

tension

du réseau

• Branchement de fortes

charge

• Diminution du

couple utile

• Augmentation des

pertes

• Sur-échauffement(*)

Harmoniques • Pollution du réseau par

variateurs de vitesse,

onduleurs, etc. ...

Diminution du couple utile

• Augmentation des

pertes

• Sur-échauffement(*)

Démarrage trop long • Couple résistant trop

important

• Baisse de tension

• Augmentation du

temps de démarrage • Sur-échauffement(*)

Blocage • Problème mécanique • Surintensité • Sur-échauffement(*)

Surcharge • Augmentation du

couple résistant • Baisse de tension

• Augmentation du

courant consommé • Sur-échauffement(*)

(*) Puis, à plus ou moins long terme, selon l’importance du défaut et/ou sa fréquence,

court-circuit et destruction des enroulements

3-Les Produits de Protection : a) Protection contre les courts-circuits :

La protection contre les courts-circuits est réalisée avec des appareils à fonctions

multiples tels que les disjoncteurs-moteurs et les contacteurs-disjoncteurs.

-Les principales caractéristiques des protections contre les courts-circuits sont :

Page 31: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 31

*leur pouvoir de coupure : c’est la plus grande valeur du courant présumé de court-

circuit qu’un appareil de protection peut interrompre sous une tension donnée,

*leur pouvoir de fermeture : c’est la plus grande valeur du courant que

l’appareil de protection peut établir sous sa tension nominale dans des conditions

spécifiées. Le pouvoir de fermeture est égal à k fois le pouvoir de coupure selon le

tableau :

Pouvoir de

Coupure (PC)

Cosφ Pouvoir

de Fermeture (PF) 4.5kA < PC < 6kA 0.7 1.5 PC 6kA < PC < 10kA 0.5 1.7 PC 10kA < PC < 20kA 0.3 2 PC 20kA < PC < 50kA 0.25 2.1 PC 50kA < PC 0.2 2.2 PC

a-1-Les fusibles (coupe-circuits)

Les fusibles réalisent une protection phase par phase (unipolaire), avec un pouvoir de

coupure important sous un faible volume. Ils assurent la limitation des I2t et des

contraintes électrodynamiques (ICrête).Ils se montent :

- soit sur des supports spécifiques appelés porte-fusibles,

- soit dans des sectionneurs en remplacement des douilles ou des

barrettes

Pour la protection des moteurs, les fusibles utilisés sont ceux de type aM. Leur

particularité est de laisser passer les surintensités du courant magnétisant à la mise

sous tension des moteurs. De fait, ils ne sont pas adaptés à la protection contre les

surcharges (contrairement aux fusibles de type gG). C’est pourquoi, il est nécessaire

d’ajouter un relais de surcharge dans le circuit d’alimentation des moteurs. En

général, leur calibre doit être immédiatement supérieur au courant de pleine charge du

moteur à protéger.

Sectionneurs 32 et 125A à fusible

a-2-Les disjoncteurs magnétiques

Ces disjoncteurs assurent, dans la limite de leur pouvoir de coupure et par

l’intermédiaire de leurs déclencheurs magnétiques (un par phase), la protection des

installations contre les courts-circuits

Les disjoncteurs magnétiques réalisent d’origine une coupure omnipolaire : le

fonctionnement d’un seul déclencheur magnétique suffit à commander l’ouverture

simultanée de tous les pôles. Pour des courants de court-circuit peu élevés, le

fonctionnement des disjoncteurs est plus rapide que celui des fusibles.

Cette protection est conforme à la norme CEI 60947-2.Pour interrompre efficacement

un courant de court circuit, trois impératifs doivent être respectés :

- détecter très tôt le courant de défaut,

- séparer très vite les contacts,

- interrompre le courant de court-circuit.

Page 32: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 32

La plupart des disjoncteurs magnétiques pour protéger les moteurs sont

limiteurs et contribuent ainsi à la coordination. Leur durée de

coupure particulièrement brève leur permet d’interrompre le courant de court-circuit

avant qu’il n’atteigne son amplitude maximale. De fait, les effets thermiques et

électrodynamiques sont aussi limités, d’ou une meilleure protection des câbles et de

l’appareillage.

Disjoncteur magnétique

b) Protection contre les surcharges : La surcharge est le défaut le plus fréquent sur les moteurs. Elle se manifeste par une

augmentation du courant absorbé par le moteur et par des effets thermiques. La classe

d’isolation détermine l’échauffement normal d’un moteur à une température ambiante

de 40°C. Tout dépassement de la température limite de fonctionnement conduit à une

réduction de la durée de vie par vieillissement prématuré des isolants.

Les conditions réelles d'emploi (température ambiante, altitude d'utilisation et service

normalisé) sont essentielles pour déterminer les valeurs d'emploi du

moteur(puissance, courant) et pour pouvoir choisir une protection efficace contre les

surcharges. Ces valeurs d'emploi sont fournies par le constructeur du moteur.

b-1-Les relais de surcharge (thermiques ou électroniques) :

Ces relais protègent les moteurs contre les surcharges, mais ils doivent admettre la

surcharge temporaire due au démarrage, et ne déclencher que si le démarrage est

anormalement long.

Il est donc nécessaire de disposer de relais adaptés à la durée de démarrage. Pour

répondre à ce besoin, la norme CEI 60947-4-1 définit plusieurs classes de relais de

surcharge caractérisées chacune par leur temps de déclenchement

b-2-Les relais thermiques de surcharge à bilames :

Ils assurent, par association avec un contacteur, la protection du moteur, de la ligne et

de l'appareillage contre les surcharges faibles et prolongées. Ils sont donc conçus pour

autoriser le démarrage normal des moteurs sans déclencher. Cependant, ils doivent

être protégés contre les fortes surintensités par un disjoncteur, ou par des fusibles

(voir protection contre les courts-circuits).

Le principe du fonctionnement d’un relais thermique de surcharge repose sur la

déformation de ses bilames chauffés par le courant qui les traversent. Au passage du

courant les bilames se déforment et, suivant le réglage, provoquent l’ouverture

brusque du contact du relais. Le réarmement ne peut s’effectuer que lorsque les

bilames sont suffisamment refroidis

Limite de fonctionn ement d’un relais de surcharge thermique différentiel

Temps de déclanchement Multiple de la valeur du courant

De réglage > 2 h 2 pôles : 1.0 Ir

1 pôle : 0.9 Ir > 2 h 2 pôles : 1.15 Ir

1 pôle : 0

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Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 33

(sensible à une perte de phase)

relais thermique de surcharge à bilames

b-3- Les relais électroniques de surcharge :

Ces relais bénéficient des avantages de l’électronique qui permet de créer une image

thermique du moteur plus élaborée. A partir d’un modèle reconstituant les constantes

de temps thermiques du moteur, l’électronique calcule en permanence la température

du moteur en fonction du courant qui l’a traversé et des temps de fonctionnement. La

protection approche donc mieux la réalité et peut éviter des déclenchements

intempestifs. Les relais électroniques de sur charge sont moins sensibles à

l’environnement thermique de l’endroit où ils sont installés. Outre les fonctions

classiques des relais de surcharge (protection des moteurs contre les surcharges, les

déséquilibres et l’absence de phases),les relais électroniques de surcharge peuvent être

complétés par des options telles que :

- le contrôle de la température par sondes CTP,

- la protection contre les blocages et les sur couples,

- la protection contre les inversions de phases,

- la protection contre les défauts d’isolement,

- la protection contre la marche à vide,

relais électronique de surcharge

b-4- Les relais à sondes à thermistance CTP : Ces relais de protection contrôlent la température réelle du moteur à protéger. Ils

offrent une excellente précision de la mesure de la température : leur volume réduit

leur confère une inertie thermique très faible et donc un temps de réponse très court.

Avec le contrôle direct de la température des enroulements statoriques ,ils peuvent

être utilisés pour protéger les moteurs contre : surcharge, élévation de température

ambiante, défaut du circuit de ventilation, fréquence de démarrages trop élevée,

marche par à-coups, etc. Ils comportent : ils sont composés de plusieurs éléments

distincts. Une ou plusieurs sondes à thermistance à Coefficient de Température

Page 34: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 34

Positif (CTP) placées au sein des bobinages des moteurs ou tout endroit susceptible de

s’échauffer (paliers, roulements, etc.).Ce sont des composants statiques dont la

résistance augmente brutalement quand la température atteint un seuil appelé

Température Nominale de Fonctionnement

b-5- Les relais de surcouple : une protection complémentaire :

En complément d'une protection thermique par relais ou par sonde CTP, ils assurent

une protection de la chaîne cinématique, en cas de blocage du rotor, de grippage ou

d'à-coups mécaniques. Ces relais, contrairement à la majeure partie des relais de

surcharge, ne possèdent pas de mémoire thermique. Ils ont une caractéristique de

fonctionnement à temps défini (seuil de courant et temporisation réglables).Le relais

de surcouple peut être utilisé comme protection contre les surcharges pour les moteurs

ayant des démarrages longs ou très fréquents

b-6- Les relais thermiques électromécaniques ou électroniques :

Ils protègent les moteurs à partir de la mesure du courant et s'avèrent suffisants pour

les applications courantes, ils sont cependant limités lorsqu'il s'agit de prendre en

compte les problèmes liés à la tension, à la température ou à des applications

particulières. De plus de nouveaux besoins de gestion de production ou de

maintenance sont apparus et ont incités les fabricants de matériel électrique à proposer

de nouveaux produits permettant non seulement une protection adaptable mais aussi

une gestion complète du moteur et de sa charge. A Fig.

Page 35: Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques

Démarrage +Freinage +Protection Des Moteurs Electriques Page 35

4-Conclusion : La protection des moteurs est une fonction essentielle pour la continuité du

fonctionnement des machines. Le choix du dispositif de protection doit être fait avec

rigueur. L’utilisateur aura tout intérêt à sélectionner les dispositifs intégrant une

électronique de communication pour anticiper et prévenir les éventuels défauts. La

recherche d’anomalies et la rapidité de remise en route seront ainsi grandement

améliorées.