h 01 Electrotechnique

8/2/2019 h 01 Electrotechnique

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Cours de radioamateuren vue de l'obtention de la licence complte HAREC +

Chapitre 1 :Electricit, lectromagntisme et technique radio

par Pierre Cornlis, ON7PC rue J. Ballings, 88 1140 Bruxelles

Annexe 1 : Courant industriel et domestiqueCe chapitre complte le chapitre sur l'lectricit. Nous examinerons ici tout ce qui concerne l'utilisation et ladistribution du courant industriel et domestique 50 Hz. Nous examinerons les moteurs,

1.1. Courant alternatif - Rappel

Il peut tre utile de rappeler :

La valeur instantane de la tension alternative est de la forme u = U cos ( t + )La tension efficace Ueff= U 2

Le comportement des R, L, C en courant alternatif

R LC

/2- /2

U UU

I II

t tt

Z = j LZ = 1 / j CZ = R

I

I IU

U

U

90

-90

0

L' impdance Z est un nombre complexe qui possde une partie relle (la rsistance R) et une partieimaginaire (la ractance X). Remarquons que le terme ractance regroupe les proprits des capacits etdes selfs. Un nombre complexe est constitu de deux termes : un nombre rel et un nombre imaginaire et une

impdance se reprsente par Z = R jX . Notez qu'il s'agit de + ou de et certainement pas des deuxensembles.

Annexe du Chapitre 1 : Courant industriel et domestique p1/21 27/09/2009 2004 -2009 Pierre Cornelis, ON7PC


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Le comportement des circuits composs de R L C en srie ou en parallle :

R RL C

R + j L ou R + j X R - ( 1 / C ) ou R - j X

U U

I

It t

-

La puissance active (encore appele puissance moyenne ou puissance watte) est la moyenne de lapuissance instantane sur une priode.

pour une rsistance la puissance active vaut P = R I pour un condensateur la puissance active vaut P = 0 pour une bobine la puissance active vaut P = 0

de faon gnrale P = U I cos avec = angle de dphasage entre la tension et le courant

La puissance active est celle qui est transforme en puissance mcanique, thermique, lumineuse, etc

La puissance ractive (encore appele puissance dwatte) est celle qui produit (essentiellement) deschamps magntiques dabs les moteurs et les transformateurs.

La puissance apparente est le produit de la tension par le courant.

unit

puissance active ou watte P = U I cos Wpuissance ractive Q = U I sin VARpuissance apparente S = U I V A

Les appareils de chauffage, les lampes incandescence, ne consomment que de la puissance active (cos

= 1) tandis que les transformateurs, les moteurs, les lampes fluorescence ont une puissance active t unepuissance ractive (cos 1) . Quelques valeurs typiques de cos

cos moteur asynchrone charg 0 %

25 %50 %75 %

100 %

0,170,550,730,80,85

lampe fluorescence 0,5

transformateurs 0,9 0,98

Un cos faible signifie que le distributeur devra fournir une puissance apparente (S = U I) lev, alors que lapuissance active sera faible. Les utilisateurs ayan un mauvais cos sont obligs de l'amliorer par ajoutd'une batterie de condensateur si les circuits ont une tendance inductive (ce qui est gnralement le cas) oualors ces utilisateurs sont pnaliss par un tarif moins avantageux.



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1.2. Distribution de l'nergie lectrique

Au niveau de la production dans les centrales lectriques et des changes internationaux, les tensions sont de400 kV1. Le rseau de distribution interne est 225 kV ou 63 kV.

La distribution vers les industries, vers les entreprises, ou vers les postes qui vont alimenter les maisonsindividuelles, est normalise 20 kV, mais on trouve aussi des postes 36 kV, 15 kV , 11 kV ou 6500 V.

On peut utiliser 3 tensions dcales de 120comme indiqu ci-contre, et utilis un seulconducteur commun pour le retour des 3 courants.Si ces 3 courants I1 , I2 et I3 sont gaux, leursomme (vectorielle) IN est nulle et on pourrasupprimer ce conducteur. De ce fait au lieu davoir6 conducteurs, on nen a besoin que de 3. Ondiminue le volume du cuivre par 2 !

De la mme manire, on peut dmontrer, que laflux magntique dans la "jambe centrale" d'untransfo triphas est nul et l aussi on diminue levolume du fer par 2 !Par consquent, toutes lesapplications forte puissance,toute lnergie motrice se fait entriphas. Le redressement triphas,pour la production de courantcontinu forte puissance, conduitgalement des tensionsdondulation beaucoup plus faibles.

La figure ci-contre reprsente unetension sinusodale monophase etune tension triphase. Dans lesystme triphas les 3 tensionssont 120 lune de lautre, ellessont de la forme

u1 = U sin ( t + )u2 = U sin ( t + 2 /3 + )u3 = U sin ( t + 4 /3 + )

Le courant triphas se produit

facilement laide dalternateurs et il est galement trs facile de transformer la tension dune valeur utilisepour la production (6 kV et plus) vers une valeur de tension utilise pour la consommation (240 V).

Pratiquement tous les consommateurs sont raccords en 230 V et en triphas, mais on trouve cette tensionde 230 V soit entre 2 phases, soit entre phase et neutre (version la plus courante). Le rseau peut tre entriangle, on retrouve alors une tension de 230 V entre phase. Si le rseau est en toile on retrouve soit

230 V entre phase et neutre, la tension entre phases sera de 230 x 3 = 398,37 V. On parle alors d'un rseau230 / 400 V2 , et la distribution se fait en 4 fils (RST et Neutre). C'est le cas le plus frquent.

1A section constante, et en augmentant la tension on parvient faire passer beaucoup plus de puissance. On diminue aussi les pertes en

r I .

2Vers les annes 1844, la ville de Paris utilisait un clairage bas sur des lampes arc dont la tension de fonctionnement tait de 55 V en

courant continu. Lclairage de Paris, lui a valu le surnom de "ville lumire". Mais c'est sur la base de cette tension de fonctionnement de55 V que sont apparus les rseaux 110 V continu, o il fallait mettre deux lampes arc en srie. Puis lorsque le courant alternatif s'est

impos a norme est pass au rseau 110 / 220 V ou plus exactement 130 / 220 V, puisque 130 x 3 = 220. Puis lorsque tout le monde autilis du 220 V, on est pass au rseau triphas 220 / 380 V , enfin actuellement la norme est 230 / 400 V.


120

120

120

O

O

A

A

B

C

C

monophas

triphas

U

U

t

t

I

I

I

I

1

N

3

2


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230 V entre phases, la tension entre phase et neutre est alors de 230 / 3 = 132,79 V. On parle alors d'unrseau 130 / 230 V

Distributions et montages triangle/ toile

montage triangle montage toile

R

S

T

I

U

sI

R

S

T

I

U

U

s

relation I = IS 3 U = US 3puissance dans un rseaunon quilibr

P = US1 I1 cos 1 + US2 I2 cos 2 + US3 I3 cos 3

puissance dans un rseauquilibr

P = 3 U I cos 3

On dit que le systme est "quilibr" si

U1 = U2 = U3 : cette condition est gnralement remplie par le distributeur d'nergie et si I1 = I2 = I3 : on demande gnralement au consommateur de prendre les dispositions pour qu'il en

soit ainsi.

Les phases sont notes R, S et T et le neutre est not N. On trouve aussi parfois les notations L1, L2, L3 et N.La tension de 230/400 V destines au courant domestique ou industriel est fournie par une cabine detransformation HT/BT qui comporte gnralement :

une cellule d' arrive avec deux sectionneurs, S1 sert mettre l'installation sous tension, S2 sert mettre ligne la terre pour garantir toutes les conditions de scurit en cas de travaux.

une cellule parafoudre qui contient des tubes dcharges pour protger l'installation de la foudre, une cellule avec le transfo T, par exemple 15 kV / 380 V. Cette cellule comporte galement le

disjoncteur gnral D et le circuit de comptage (c.--d. le compteur lectrique).

une cellule de distribution avec des disjoncteurs par circuits. Chaque circuit alimentera un quipementou une nouvelle armoire de distribution lectrique.

3Retenir que 3 = 1,732.



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1. Parafoudre 2. Arrive 3. Transfo 4. Distribution BT

15 kV

15 kV

380 VS2

S1

D

T

circuit 1

circuit 4

circuit 3

circuit 2

D1

D4

D3

D2

Lorsque le "client" est une entreprise la cabine de transformation est gnralement installe dans sesbtiments. Toutefois, le "client" n'a pas accs la partie HT de la cabine, il ne peut que manuvrer le

disjoncteur gnral D.

Lorsqu'il s'agit d'alimenter un quartier d'habitations, la cabine est installe dans un btiment appartenant audistributeur d'lectricit. Dans les villes, la cabine peut aussi tre souterraine.

1.3. Schma unipolaire et multipolaire

Dans le cas des installations lectriques on ne dessine pas chacun des fils, on peut se contenter d'un schmasimplifi appel schma unipolaire o un trait reprsente plusieurs conducteurs.



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1.4. Terre et Neutre

Suivant l'endroit o le neutre est raccord et l'endroit o est reli la masse, on trouve des installations

Terre - Terre

Le neutre est raccord la terre (auniveau de transfo). Pour chaqueutilisation, on peut encore raccorder laterre la masse (chssis)

RS

T

Neutre

utilisation

transfo HT/BT

Terre - Neutre - Confondus

Un point de l'installation est reli laterre. Le conducteur de protection et leneutre sont confondus. ce montageest interdit en dessous de 10 mm et ilest interdit pour les appareils mobiles.

RS

TPEN (Protection et Neutre)

utilisation

transfo HT/BT

Terre - Neutre - Spars

Ici le conducteur de protection et leneutre sont distinct.

RS

T

Neutre

Protection

utilisation

transfo HT/BT

Isol - Terre

Aucune connexion n'est raliseintentionnellement.

RS

T

Neutre (non utilis)

utilisation

transfo HT/BT

Il faut aussi retenir que l'on ne met JAMAIS de fusible dans le neutre !



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1.5. Comptage de l'nergie

1.5.1. Compteur

La plupart des compteurs domestiques sont des 10 A, mais ils peuvent supporter, en permanence, jusqu' 6 xcette intensit.

1.5.2. Mesure de la puissance et du cos On utilise cet effet un wattmtre qui est un appareil cadrelectrodynamique. Il y a donc deux bobinages

un bobinage produit un champ magntiqueproportionnel la tension U

un autre bobinage est celui du cadre mobile et il esttravers par un courant proportionnel au courant I

La dviation de l'aiguille de cet appareil est proportionnelle au

produit de U x I mais aussi de l'angle entre U et I.

Le wattmtre mesure la puissance efficace ( U I cos ).

Si on utilise un voltmtre et un ampremtre supplmentaire, on pourra galement connatre la puissance

active U I et en dduire cos = P / U I .

1.5.3. Mesure de la puissance en triphas

On utilise le montage ci-contre avec 3 wattmtres alors

Ptot = P1 + P2 + P3Toutefois, en prenant la tension sur la 3me phase, lapuissance indique par le 3me wattmtre est nulle et 2

wattmtres suffisent. On parle alors de la mthode des "2wattmtres".

Ptot = P1 + P2

on peut aussi dmontrer que

tg = 3 (P1 - P2) / (P1 + P2)

1.6. Classification des tensions

Courant Alternatif Courant Continu

TBTS Trs Basse Tension de Scurit < 12 V

TBT Trs Basse Tension < 50 V < 120 V

BT Basse Tension 50 1000 V 120 1500 V

HT Haute Tension 50 kV 400 kV

1.7. Code des couleurs


I

U

L

N

I

I

I

I

I

U

U

U

U

U

R

R

S

S

T

T

1

1

2

2

3

P

P

P

P

P


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couleur lettre

neutre bleu N

monophas phase brun L

terre jaune/vert



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1.8. Protection des installations lectriques

1.8.1. Fusibles de protection

Les fusibles protgent les conducteurs (fils, cbles) et vitent qu'ils atteignent des tempratures excessives. Ilsvitent donc de faire brler des parties en bois ou en plastique et donc finalement de communiquer le feu

un btiment. Les calibres des fusibles sont donc dtermins par les sections des conducteurs.

section I max P max(en 220 V)

type d'appareils

1,5 mm 6 A (10A) 1300 W Eclairage

2,5 mm 10 A (20 A) 2200 W prises de courant pour les appareils standard (fer repasser, radiateur portatif, machine laver)

4 mm 16 A (25 A) 3500 W fours de cuisson

6 mm 24 A 5200 W moteurs puissants

Dans certains cas des fusibles sont ajouts pour protger un quipement, pour viter par exemple qu'unmoteur gripp ne grille !

1.8.2. Sectionneur

Un sectionneur permet de couper un circuit lectrique. Toutefois un sectionneur n'a pas de pouvoir decoupure. En d'autre termes, il faut toujours manuvrer (ouvrir ou fermer) un sectionneur lorsqu'il n'y a pas decharge.

Certains sectionneurs peuvent tre pourvus de fusibles. En gnral, on utilise des sectionneurs partir de 32A (parfois 16 A).

1.8.3. Disjoncteur

Un disjoncteur permet galement de protger contre les surintensits. Il est (gnralement) compos de deux

dispositifs :

un dispositifthermique : Un bilame est parcouru par le courant. Le bilame est calibr de telle manirequ'avec un courant nominal Inom , il ne subisse presque pas de dformation. Par contre en cas desurcharge, la lame va se dformer et entraner l'ouverture du contact.

un dispositif magntique : En service normal, le courant nominal circulant dans la bobine, n'a pasassez d'influence magntique (induction magntique) pour pouvoir attirer l'armature mobile fixe sur lecontact mobile. Le circuit est ferm.

Si un dfaut apparat dans le circuit aval du disjoncteur de canalisation, l'impdance du circuit diminue et lecourant augmente jusqu' atteindre la valeur du courant de court-circuit. Ds cet instant, le courant de court-circuit provoque une violente aimantation de l'armature mobile. Cela a comme consquence d'ouvrir le circuit

aval du disjoncteur.

Ces normes dfinissent diffrentes courbes :

courbe B, plage de fonctionnement entre 3 et 5 Ir. Ces disjoncteurs permettent de raliser la protectiondes personnes en rgime de neutre IT ou TN pour des longueurs de cbles plus importantes

courbe C, plage de fonctionnement entre 5 et 10 Ir. Ces disjoncteurs conviennent aux installationscourantes.

courbe D, plage de fonctionnement entre 10 et 14 Ir. Ces disjoncteurs sont plus particulirementadapts aux installations prsentant de forts courants d'appel (transformateurs, moteurs ...).

courbe K, plage de fonctionnement entre 10 et 14 Ir. Ces disjoncteurs sont plus particulirementadapts aux installations prsentant de forts courants d'appel (transformateurs, moteurs ...). Lesdisjoncteurs courbes K possdent un dclenchement thermique plus rapide que les disjoncteurscourbe D.



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courbe MA, plage de fonctionnement 12 Ir. Ces disjoncteurs ne possdent pas de dclencheursthermiques. Ils sont utiliss pour la protection des moteurs associs un dispositif de dclenchementthermique

courbe Z, plage de fonctionnement entre 2,4 et 3,6 Ir. Ces disjoncteurs sont utiliss pour la protectiondes composants lectroniques.

Valeurs standards : 6 , 10 , 16 , 20 , 25 et 32 A.

1.8.4. Disjoncteur diffrentiel

Un disjoncteur diffrentiel permet de protger une installationdes fuites de courant. Imaginons par exemple un moteur (d'unemachine industrielle ou d'une machine laver, ..) qui prsenteune fuite (un isolant dfectueux par exemple). Dans ce cas sicette utilisation est correctement mise la terre, le courant defuite va s'couler vers la terre.

Si l'utilisateur touche le chssis, il ne sentira rien, puisque lechemin emprunt par le courant de fuite ira directement duchssis vers la terre.

Si par contre la connexion de terre est dfectueuse (ouinexistante), le courant va traverser notre utilisateur au momento il va toucher le chssis.

Pour dtecter ce courant de fuite et couper le circuit on utiliseun disjoncteur diffrentiel. La diffrence de courant estmesure par un transfo torodal qui actionne un petit relais. Cerelais agit alors sur le mcanisme de dclenchement dudisjoncteur.

Un disjoncteur diffrentiel comporte non seulement un relaismagntothermique qui permet de protger l'installation en casde surintensit, mais il dispose aussi d'un dispositif qui permetde mesure la diffrence de courant et d'actionner le dispositifde dclenchement en cas de dpassement.

I diffrentiel I maximum usage

30 mA salle de bain

300 mA 40 A toute une installation

1.8.5. Slectivit des protections

Dans un schma rel les protections (fusibles ou disjoncteurs) se mettent en cascade. Il faudra calibrer lesdiffrentes protections pour qu'en cas de court-circuit (ou de surcharge) une seule protection n'agisse (un seulfusible saute ou un seul disjoncteur dclenche).

1.8.6. Pouvoir de coupure


Rseau

Ph N

I nominalI nominal + I fuite

Moteur

fuite !

chassis mtallique

Disjoncteur diffrentiel

Utilisation

Mise la terre

Enclenchement

Dclenchement

tore

si la mise la terre estdfectueuse, le courant de fuitepasse par le corps de l'utilisateur !

X


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Le pouvoir de coupure est la plus grande intensit de court circuit qu'un disjoncteur (ou un interrupteur ou unfusible) peut interrompre sous une tension donne. Il s'exprime gnralement en kA. Pour dimensionnercorrectement le pouvoir de coupure un endroit d'une installation, il faut donc calculer le courant de court-circuit en ce point.

A l'ouverture en charge d'un contacteur, un arc lectrique prend naissance. Cet arc provient de l'ionisation de

l'air entre les contacts, au bout de quelques fractions de microsecondes, il y a formation de plasma. Cet arcdtriore le contact.

Lorsqu'on a un dispositif en courant alternatif (50 Hz), la tension passe 100 x par seconde par zro, unpassage par zro est une possibilit d'extinction de l'arc.

Pour viter cette dtrioration, il y a lieu de "couper vite" et d'ajouter un dispositif qui va "souffler l'arc". Cedispositif est tout simplement une bobine qui cre un champ magntique qui son tour va "allonger" le trajetde l'arc et va donc l'teindre plus vite

1.8.7. Mise la terre des installations domestiques

Construction ou extension

La mise la terre (lectrode de terre) dvie le courant dans le cas o quelqu'un serait en contact avec unappareil dfectueux. Il est donc obligatoire de prvoir dans les fondations des murs extrieurs (profondeur: 60cm min.) une boucle de terre (en cuivre) d'au moins 35 mm2 de section.

Barrette de coupure

Les bouts de la boucle en cuivre se fixent sur une borne de raccordement. La rsistance du conducteur deterre ne peut excder 100 ohms, sinon vous devrez utiliser des piquets galvaniss enfoncer en terre. Unebarrette de coupure (obligatoire!) permet de mesurer la rsistance de la terre.

Rnovation

Dans ce cas, il suffit d'introduire dans le sol des piquets de terre galvaniss. Vous obtiendrez ainsi unersistance de dispersion de max. 100 ohms. Le raccord du piquet et de la barrette de coupure se fait l'aided'un conducteur de cuivre isol (jaune-vert) d'au moins 16 mm2.

Liaison quipotentielle

Mme une mise la terre correcte n'empche pas le courant de traverser des lments conducteurs trangers l'installation lectrique: pices mtalliques de la structure de construction, chssis en alu, profils en acier,C'est pour cela qu'on a recours une liaison quipotentielle. Elle relie entre elles et la terre toutes les partiesconductrices accessibles de la construction et toutes les canalisations de gaz, d'eau et de chauffage. En outre,il existe des liaisons quipotentielles supplmentaires, entre autres la salle de bains (voir rubrique cesujet).



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1.9. Eclairage

1.9.1. Caractristiques

la puissance, c.--d. la puissance lectrique en Watts le flux lumineux (en lumen , lm) et l'efficacit (en lm/W)

o lampe incandescence classique : 8 14 lm/W

o lampe halogne 13 20 lm/W

o lampe conomique ou "fluocompacte" : 45 60 lm/W

o tube fluorescent : 52 93 lm/W

la temprature de couleuro lampe incandescence classique : environ 2700K

o lampe halogne : 13 20 lm/W

o lampe conomique ou "fluocompacte" : 45 60 lm/W

o tube fluorescent : 3000 K pour les "blanc chaud", 4000 K pour les "blanc universel", 4300 K

pour les "blanc universel" et 6000 K pour les "lumire du jour".

dure de vieo lampe incandescence classique : environ 1500 h

o lampe incandescence halogne : les lampes 220 V ont une dure de vie de l'ordre de

2000h, les lampes BT (12V) d'environ 4000 ho lampe conomique ou "fluocompacte" : environ 6000 h

o tube fluorescent : environ 12000 h.

1.9.2. Circuits fondamentaux

simple allumage (unipolaire)Cet interrupteur est parfoisdsign par "SCH1" lire "schma1"

simple allumage bipolaire :OBLIGATOIRE pour locauxhumides, pour la salle de bain, Cet interrupteur est parfoisdsign par "SCH2".

double allumage: pour allumer 2clairages partir d'un seulendroit. Cet interrupteur est parfoisdsign par "SCH5"

deux directions: pour allumer unclairage partir de 2 endroits(encore appel '"va et vient").Application typique: caged'escalier. Ces interrupteurs sontparfois dsigns par "SCH6".

deux directions (variante) :l'avantage de ce systme estd'avoir le neutre et la phase chaque interrupteur et qu'il est dslors facile d'avoir du mme coupune prise de courant chaque

interrupteur. Certains distributeursn'autorisent cependant pas cemontage.


possibilitd'une prisede courant


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multi directions pour allumer(teindre) un clairage partir deplusieurs endroits diffrents.

Application typique : caged'escalier.

Le montage (a) s'applique 3endroits, notez qu'il n'y a pas lescroisements des fils appels"pilote".

Le montage (b) s'applique 3endroits, notez qu'il y a uncroisement des fils appels"pilote".

Les montage (c) et (d) s'applique 4 endroits.

Le montage (e) montre unevariante avec un double inverseurau centre.

Les interrupteurs inverseurs sontparfois dsigns par "SCH7".

tlrupteur : au-del du montage 3ou 4 directions comme indiqu ci-dessus, on utilise des tlrupteurs. Le relais est quipd'une roue rochet qui permet defermer le contact pour uneimpulsion et de le rouvrir pourl'impulsion suivante. Certainsdispositifs travaillent en TBT ouTBTS (6 12 V) via un transfo.

montage chambre d'htel : il s'agitd'un montage et d'une utilisationspciale et qui partir d'un point

permet d'allumer une ou l'autrelampe et qui partir d'un autrepoint permet de les allumer ou deles teindre.

les autres positions ...


l'autre position ...

l'autre position ...

PAS de croisement des fils !

PAS de croisement des fils !

croisement des fils !

croisement des fils !

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)


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1.9.3. Tubes TL

Les tubes "TL" ncessitent une self pourlimiter le courant. Cette self s'appelleballast et un starter pour produire le

chauffage des filaments lors de la phased'amorage.


starter

tube TLballast


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1.10. Force motrice

Un moteur lectrique convertit l'nergie lectrique en nergie mcanique (rotation).

Les moteurs mettent tous en application la loi de Laplace F = B I l sin

Un moteur comporte

une partie fixe ou stator qui comporte un enroulement parcouru par du courant continu ou alternatif une partie mobile ou rotor qui comporte un deuxime enroulement galement parcouru par du courant

continu ou alternatif

et une carcasse pour maintenir ces deux lments et dissiper la chaleur (provenant des pertes derendement)

certains moteurs possdent en outre un systme balais/collecteur pour amener le courant au rotor certains moteurs possdent aussi un dispositif de ventilation (ailette) pour dissiper la chaleur.

1.10.1. Les moteurs courant continu

Il existe 4 types de moteurs continu

le moteur excitation indpendante, dans ce cas l'excitation est produite soit par un aimant permanant(pour les toutes petites puissances) soit par un bobinage auxiliaire aliment de faon autonome. le moteur excitation srie o l'induit et l'inducteur sont en srie. Ces moteurs sont caractriss par

un couple qui augmente lorsque la vitesse diminue. Pratiquement tous les moteurs universels sont dece type.

le moteur excitation parallle ou shunt, o l'induit et l'inducteur sont en parallle. Ces moteurs sontcaractriss par une vitesse relativement constante.

le moteur excitation compound o un inducteur est en srie et un autre en parallle.

excitationindpendante

... srie ... parallle ... compound

Dans le domaine de la traction lectrique par exemple, le conducteur (du train ou du tramway) passait d'uneexcitation srie avec un trs grand couple et une faible vitesse pour le dmarrage de la machine uneexcitation parallle pour la conduite rgime nominal.

1.10.2. Le moteur universel

Les moteurs courant continu et excitation dpendante (c.--d. ceux o ) peuvent tre aliment enalternatif. On appelle ce moteur " universel" (alternatif ou continu). Ce type de moteur est aussi trs utilis pourdes aspirateurs, perceuses main, rasoirs, moulins caf, etc., mais aussi dans les moteurs de traction (bienque la tendance dans ce domaine est qu'utiliser des moteurs asynchrones triphas avec un asservissement).

Dans ce moteur les inducteurs sont aussi aliments par le rseau. Si la polarit de la source lectriquechange, les ples magntiques des inducteurs changent ainsi que le sens du courant dans l'induit. La forcersultante ne change pas de sens, donc le sens de rotation non plus.Toutefois lorsqu'on branche un moteur DC sur un rseau de mme tension U , on constate que le courantabsorb, le couple du moteur et son rendement sont bien plus faible qu'en continu. Il faut galement faire

attention aux tincelles sur le collecteur qui produit un chauffement.

Pour amliorer le fonctionnement du ce type de moteur avec une alimentation alternative,



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on feuillette le stator c--d que le stator et constitu d'un empilement de tles magntique (commrdans un transfo) et ceci diminue les pertes par hystrsis et courant de Foucault,

on diminue le nombre de spires au stator (diminue son inductance car celle-ci est plus grande enalternatif) et on augmente celui du rotor pour compenser la perte du couple (du la diminution duflux de l'inducteur).

on se limite des puissances infrieures 1 kW

1.10.3. Le moteur monophas deux enroulements

Ce type de moteur est constitu de deux enroulements, un principal (U1-U2) et un auxiliaire (Z1 - Z2). Le rlede l'enroulement auxiliaire est de crer un champ magntique tournant. Pour cela il faut non seulement quephysiquement il soit dcal d'un quart de tour, mais aussi lectriquement. Pour cela on branche uncondensateur(env. 8 F pour un moteur de 200 W) en srie avec cet enroulement. Pour augmenter le coupleau dmarrage, il faut augmenter la capacit du condensateursoit en mettre en deuxime (env. 16 F pour unmoteur de 200 W) en parallle au premier et le dconnecter une fois que le rotor tourne.

1.10.4. Le moteur monophas cage (spire de Frager)

Pour les trs petits moteurs, on peut dphaser le flux au moyen d'une spire en court-circuit place sur unepartie de l'inducteur.

1.10.5. Le moteur triphas synchrone

Ce type de moteur n'est rien d'autre qu'un alternateur employ dans l'autre sens. Il comporte donc un rotoraliment en courant continu et un stator aliment en courant alternatif triphas. La vitesse de rotation gale ousous multiple entier de la vitesse du champ tournant et elle est rigoureusement constante. E fonction dunombre de paires de ples (n), la vitesse de rotation est donne par n(tours/seconde) = f / n ou si on veut lavitesse en tours/minutes n(tours/minute) = 60 x f / n , ainsi une machine comportant 3 paires de ples tournera 60x 50 / 3 = 1000 tours/min.

1.10.6. Le moteur triphas asynchroneIl comporte un statorcompos de bobines fixes identiques au moteur synchrone et un rotorsoit bobin avectrois bagues, soit en cage d'cureuil (le moteur cage est un moteur particulirement bon march).

http://membres.lycos.fr/schneid/Chatoa.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Construction.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Moteu.htm#SYNC%23SYNChttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Rasynchr.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Rasynchr.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Construction.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Moteu.htm#SYNC%23SYNChttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Rasynchr.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Apelm/Rasynchr.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Chatoa.htm


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Fonctionnement lectrique

Les bobines - alimentes en alternatif triphas - produisent chacune un flux magntique dont la rsultante estun champ magntique tournant. Ce flux coupe les conducteurs du rotor et y induit un courant qui lui-mmeengendrera un flux magntique induit. Un effet dynamique se cre entre les deux flux et entrane la mise enrotation du rotor. Ce type de moteur peut donc dmarrer seul.

Le rotor ne peut jamais atteindre la vitesse synchrone (vitesse de rotation du champ tournant) car il n'y auraitplus de variation de flux dans les conducteurs rotoriques.Les plaques bornes sont marques U1, U2, V1, V2, W1 et W2 (ouparfois X, Y, Z, U, V, W). Selon les tensions secteur disponible et lesspcifications du moteur, celui-ci peut tre cbl en triangle ou en toile.Pour faciliter ce cblage des barrettes sont prvues pour faire lesconnexions.

Exemples :le moteur est spcifi pour 220 V entre phase, le rseau est en 240 V :montage triangle

le moteur est spcifi pour 220 V entre phase, le rseau est en 400 V

entre phase : montage toile

Inversion du sens de rotation

Pour inverser le sens de rotation, il suffit d'inverser 2 phases


Rseau

R S T

U1

U1

U2

U2

V1

V1

V2

V2

W1

W1

W2

W2

Rseau

R S T

M
http://membres.lycos.fr/schneid/Magnb/Magn.htm#FLUXhttp://membres.lycos.fr/schneid/Magnb/Magn.htm#FLUX


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Dmarrage toile/triangle

Lors du dmarrage, un grand courant est absorb au rseau. Pouren limiter la grandeur, on peut faire:

un dmarrage toile-triangle (si le moteur se raccordenormalement en triangle sur votre rseau)

un dmarrage avec des rsistances de limitations ensrie,

un dmarrage avec un autotransformateur, le constructeur peut construire un moteur cage avec une

forme d'encoche particulire ou en diffrent matriaux;

il peut galement bobiner le rotor ce qui permettra d'yraccorder (par l'intermdiaire des bagues) des rsistancesde dmarrage - en limitant le courant du rotor, on diminueaussi le courant du stator.


Rseau

R S T

U1

U2

V1

V2

W1

W2


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1.10.7. Le moteur triphas utilis en mono

Les moteurs triphass de petites puissances (moins de 1kW) peuvent trealiments en monophas si l'on raccorde un condensateurentre l'un desconducteurs et la borne reste libre du bornier d'alimentation. L'inversion du

sens de rotation s'obtient en raccordant le condensateur soit sur un pled'alimentation soit sur l'autre (soit en W1 et V1, soit entre W1 et U1) . Lecouplage (toile ou triangle) est choisir en fonction de la plaquette dufabriquant. En utilisant un moteur triphas en monophas la puissance estrduite (env. 60%). En pratique, pour 220V, on utilise un condensateur de 8F pour un moteur de 100 W.


Rseau

L N

U1

U2

V1

V2

W1

W2

C
http://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Electr/tri.htm#TOILEhttp://membres.lycos.fr/schneid/Electr/tri.htm#TRIAhttp://membres.lycos.fr/schneid/Condo.htmhttp://membres.lycos.fr/schneid/Electr/tri.htm#TOILEhttp://membres.lycos.fr/schneid/Electr/tri.htm#TRIA


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1.11. Contacteur disjoncteur

Utilis pour la commande de moteurs, pour des installationsde chauffage central.

Le bouton poussoir Marche (Normalement Ouvert) permet de

d'alimenter la bobine RL au travers du bouton d'Arrt(Normalement Ferm) et du contact c2. Le contact c2 estcommand (mcaniquement) par les relais magntothermique. Ds que RL est aliment, le contact c1 permetl'auto alimentation et on peut relcher le bouton Marche. Lesboutons Marche et Arrt se trouve dans un botier decommande. Plusieurs contacts Marche peuvent tre mis enparallle, tandis que plusieurs boutons arrts peuvent tre misen srie.

En cas de surintensit, le relais magnto thermique ouvre lecontact c2 et le relais RL retombe.

Le bouton d'arrt peut aussi tre mis en srie avec un fin decourse, ou une protection thermique sur le moteur,

On distingue deux circuits : le circuit de puissance en trait gras et le circuit de commande en traits fins.

Ce schma peut aussi tre command lectroniquement: les boutons poussoirs marche/arrt sont remplacspar des contacts de petits relais eux-mmes command par des circuits lectronique.

1.11.1. Les contacts

1.11.2. L'lectro-aimant

En courant continu, il faut un courant relativementimportant pour mettre la partie mobile de l'lectro-aimant.Mais ce courant n'est plus ncessaire ds que la partiemobile "colle" la partie fixe. Pour cette raison on utiliseun contact axillaire (c3 sur le dessin) au contacteur quimet une rsistance en srie (R1) afin de diminuer lecourant. Le contact c1 est le contact de maintient, tandisque c2 intervient en cas de surintensit.

En alternatif, lorsque la partie mobile est loigne,l'inductance L de l bobine est faible, l'impdance estgalement faible et le courant est lev. Par contrelorsque la partie mobile est proche de la partie fixe,inductance est plus leve et le courant diminue. Il ydonc une sorte de limitation "automatique" du courant eton n'a pas besoin d'artifice comme en courant continu.

Mais il y a un autre problme en alternatif : celui duronflement produit par le ait que le courant s'annule deuxfois par cycle. Pour remdier cet inconvnient on placeune spire de cuivre (spire de Frager) dans le circuitmagntique


Marche

Arrt

Rseau

Utilisation

c1

c2

R S T N

relais magntothermique triple

RL

Boitier de commande

Marche

Arrt

Courant Continu

Utilisation

c2

+ -

RL

Boitier de commande

c3 c1

+48 V

-48 V

R1


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1.12. Table des matires

1.1. Courant alternatif - Rappel...................................................................................................................... 11.2. Distribution de l'nergie lectrique ........................................................................................................... 3

Distributions et montages triangle/ toile .................................................................................................... 4

1.3. Schma unipolaire et multipolaire ............................................................................................................ 51.4. Terre et Neutre ........................................................................................................................................ 61.5. Comptage de l'nergie .......................................................................................................................... 7

1.5.1. Compteur ......................................................................................................................................... 7

1.5.2. Mesure de la puissance et du cos ................................................................................................. 71.5.3. Mesure de la puissance en triphas .................................................................................................. 7

1.6. Classification des tensions ...................................................................................................................... 71.7. Code des couleurs .................................................................................................................................. 71.8. Protection des installations lectriques .................................................................................................... 9

1.8.1. Fusibles de protection ....................................................................................................................... 91.8.2. Sectionneur ...................................................................................................................................... 91.8.3. Disjoncteur ...................................................................................................................................... 91.8.4. Disjoncteur diffrentiel.................................................................................................................... 101.8.5. Slectivit des protections .............................................................................................................. 101.8.6. Pouvoir de coupure ........................................................................................................................ 101.8.7. Mise la terre des installations domestiques .................................................................................. 11

1.9. Eclairage .............................................................................................................................................. 121.9.1. Caractristiques .............................................................................................................................. 121.9.2. Circuits fondamentaux ................................................................................................................... 121.9.3. Tubes TL ........................................................................................................................................ 14

1.10. Force motrice ...................................................................................................................................... 151.10.1. Les moteurs courant continu ...................................................................................................... 151.10.2. Le moteur universel ..................................................................................................................... 151.10.3. Le moteur monophas deux enroulements ............................................................................... 161.10.4. Le moteur monophas cage (spire de Frager) ........................................................................... 161.10.5. Le moteur triphas synchrone ....................................................................................................... 161.10.6. Le moteur triphas asynchrone ..................................................................................................... 161.10.7. Le moteur triphas utilis en mono ............................................................................................... 19

1.11. Contacteur disjoncteur ........................................................................................................................ 201.11.1. Les contacts ................................................................................................................................. 201.11.2. L'lectro-aimant ........................................................................................................................... 20

1.12. Table des matires .............................................................................................................................. 21

Annexe du Chapitre 1 : Courant industriel et domestique p21/21 27/09/2009

h 01 Electrotechnique

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