Choix de la protection thermique
publicité
ELEMENTS D'ELECTRICITE ET D'AUTOMATISMES INDUSTRIELS P 1 / 36 Electricité industrielle Le présent document présente un sommaire des principaux éléments rencontrés dans les installations électriques industrielles. LES FONCTIONS DE BASE DES DEPARTS MOTEURS Un départ moteur comprend les fonctions de base suivantes : Le sectionnement La protection contre les courts-circuits La protection contre les surcharges La commutation Le sectionnement Cette fonction à pour but d’isoler, en totalité ou en partie, les circuits de leur source d’énergie (circuit de puissance) afin de pouvoir intervenir sur les installations en toute sécurité. Cette fonction est assurée par des sectionneurs. Elle peut être intégrée dans des appareillages multifonctions tels les interrupteurs sectionneurs, les disjoncteurs. La protection contre les courts-circuits Alors qu’au démarrage, un moteur standard absorbe de 6 à 8 fois son courant nominal, un courant supérieur de 10 à 13 fois le courant nominal, est un courant de défaut assimilé à un court-circuit. La fonction de protection contre les courts-circuits est assurée par des fusibles ou des disjoncteurs. La protection contre les surcharges Les surcharges mécaniques et les défauts des réseaux d’alimentation sont les causes les plus fréquentes de la surcharge supportée par les moteurs. Ils provoquent une augmentation importante du courant absorbé par les moteurs, qui conduit à un échauffement excessif du moteur, réduisant fortement sa durée de vie, et pouvant aller jusqu’à sa destruction. La fonction de protection contre les surcharges est assurée par des relais de protection thermique, des relais électroniques multi fonctions ou des disjoncteurs magnéto-thermiques moteurs. Elle est intégrée dans les démarreurs ralentisseurs et les variateurs de vitesse électroniques. Une protection complémentaire peut être réalisée par des relais de protection à sondes ou des relais multifonctions associés à des thermistances PTC intégrées dans les enroulements du moteur. Les causes possibles de défaillance des moteurs électriques sont variées. L'une des plus fréquentes, qui est souvent accidentelle, est l'utilisation des moteurs au-delà des limites fixées par les constructeurs ou dans des conditions d'ambiances anormales. Une étude statistique réalisée en Angleterre et portant sur 9000 cas de défaillance a donné les résultats suivants : P 2 / 36 Electricité industrielle Surcharges 30 % Polluants (exemple : atmosphère corrosive) 19 % Absence de phase 14 % Défaillance de paliers 13 % Vieillissement (exemple : température ambiante trop élevée) 10 % Défauts rotor 5 % Divers 9 % Ces défaillances concernent des moteurs de puissance supérieure ou égale à 37 kW. L'examen de ces résultats montre que dans plus de 50 % des cas, les incidents sont dus à des effets thermiques. Abstraction faite du remplacement éventuel des pièces d'usure telles que roulements, bagues, balais, etc.., la durée de vie d'une machine électrique tournante est liée à celle de ses isolants. Pour autant que l'échauffement limite ne soit pas dépassé, l'espérance de vie des matériaux isolants est très élevée. Elle diminue approximativement de moitié pour une augmentation de 10 °C. La commutation Son rôle est d’établir et de couper le circuit d’alimentation du moteur. Cette fonction est assurée par des contacteurs électromagnétiques. LES COMPOSANTS ELECTROMECANIQUES Le sectionneur porte fusible P 3 / 36 Electricité industrielle Sectionneur avec dispositif contre la marche en monophasé Le sectionneur permet de réaliser deux fonctions fondamentales : Il assure l'isolement du circuit aval grâce à une coupure visible et une distance d'ouverture largement dimensionnée; Il supporte les cartouches fusibles destinées à protéger l'installation contre des courts-circuits. Le choix du sectionneur ne pourra être fait qu'après avoir préalablement défini la cartouche fusible qui conviendra le mieux au circuit que l'on désire protéger. Choix des cartouches fusibles (type, calibre, taille) Vous désirez protéger un moteur ou protéger un transformateur : Vous choisissez des cartouches fusibles type aM. Elles sont conçues pour résister à de fortes surcharges de très courte durée. Elles seront obligatoirement associées à un relais thermique accouplé à un contacteur. Vous désirez protéger un circuit d'éclairage, protéger une ligne d'alimentation, protéger un four : Vous choisissez des cartouches fusibles type gl dont l'usage est plus général mais qui ont un pouvoir de limitation plus faible que les cartouches fusibles aM. Il est recommandé de toujours insérer le contact auxiliaire de pré coupure du sectionneur dans le circuit de la bobine du contacteur avec lequel il est en série. P 4 / 36 Electricité industrielle S'il n'est pas associé à un contacteur, il est obligatoire de s'assurer que le sectionneur sera manœuvré à vide. Le contacteur Bobine de contacteur Schéma de contacteur inverseur P 5 / 36 Electricité industrielle Définitions liées à l’utilisation et au choix des contacteurs Courant assigné d’emploi (Ie) Il est défini suivant la tension assignée d’emploi, la fréquence et le service assignés, la catégorie d’emploi et la température de l’air au voisinage de l’appareil. Courant thermique conventionnel (ith) Un contacteur en position fermée peut supporter ce courant Ith pendant au moins 8 heures sans que son échauffement dépasse les limites prescrites par les normes. Courant temporaire admissible Un contacteur en position fermé peut supporter ce courant pendant un temps limite consécutif à un temps de repos, sans atteindre un échauffement dangereux. Tension assignée d’emploi (Ue) Valeur de tension qui, combinée avec un courant assigné d’emploi, détermine l’emploi du contacteur ou du démarreur, et à laquelle se rapportent les essais correspondants et la catégorie d’emploi. Pour les circuits triphasés, elle s'exprime par la tension entre phases. Sauf cas particuliers tel que court-circuiteur rotorique, la tension assignée d’emploi Ue est au plus égal à la tension assignée d’isolement Ui. Tension assignée du circuit de commande (Uc) Valeur assignée de la tension de commande sur laquelle sont basées les caractéristiques de fonctionnement. Dans le cas de tension alternative, elles sont données pour une forme d’onde pratiquement sinusoïdale (moins de 5 % de distorsion d’harmonique totale). Tension assignée d’isolement (Ui) La tension assignée d’isolement d’un appareil est la valeur de la tension qui sert à désigner cet isolement et à laquelle se rapportent les essais diélectriques, les lignes de fuite et les distances dans l’air. Les prescriptions n’étant pas identiques pour toutes les normes, la valeur retenue pour chacune d’elles peut être parfois différente. Tension assignée de tenue aux chocs (Uimp) Valeur de crête d'une tension de choc que le matériel est susceptible de supporter sans claquage. P 6 / 36 Electricité industrielle Puissance assignée d’emploi Puissance du moteur normalisé pour lequel le contacteur est prévu à la tension assignée d’emploi (s’exprime en kW). Pouvoir assigné de coupure Il correspond à la valeur du courant que le contacteur peut couper dans des conditions de coupure spécifiées par la norme IEC. Pouvoir assigné de fermeture Il correspond à la valeur du courant que le contacteur peut établir dans des conditions de fermeture spécifiées par la norme IEC. Impédance des pôles L’impédance d’un pôle est la somme des impédances des différents éléments constitutifs qui caractérisent le circuit, de la borne d’entrée à la borne de sortie. L’impédance se décompose en une partie résistive (R) et une partie inductive (X = Lw). L’impédance totale est donc fonction de la fréquence et est exprimée pour 50 Hz. Cette valeur moyenne est donnée pour le pôle à son courant assigné d’emploi. Catégories d'emploi pour contacteurs selon IEC 947-4 Les catégories d'emploi normalisées fixent les valeurs de courant que le contacteur doit établir ou couper. Elles dépendent : - de la nature du récepteur contrôlé : moteur à cage ou à bagues, résistances, - des conditions dans lesquelles s'effectuent les fermetures et ouvertures : moteur lancé ou calé ou en cours de démarrage, inversion de sens de marche, freinage en contre-courant. Emploi en courant alternatif Catégorie AC-1 Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant alternatif (récepteurs), dont le facteur de puissance est au moins égal à 0,95. Exemples d'utilisation : chauffage, distribution. Catégorie AC-2 Cette catégorie régit le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche par “à-coups” des moteurs à bagues. A la fermeture, le contacteur établit le courant de démarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, il doit couper le courant de démarrage, sous une tension au plus égale à la tension du réseau. Catégorie AC-3 Elle concerne les moteurs à cage dont la coupure s'effectue moteur lancé. A la fermeture, le contacteur établit le courant de démarrage qui est de 5 à 7 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, le contacteur coupe le courant nominal absorbé par le moteur, à cet instant, la tension aux bornes de ses pôles est de l'ordre de 20 % de la tension du réseau. La coupure reste facile. P 7 / 36 Electricité industrielle Exemples d'utilisation : tous moteurs à cage courants : ascenseurs, escaliers roulants, bandes transporteuses, élévateurs à godets, compresseurs, pompes, malaxeurs, climatiseurs, etc... Catégories AC-4 Ces catégories concernent les applications avec freinage en contre-courant et marche par “à-coups” avec des moteurs à cage ou à bagues. Le contacteur se ferme sous une pointe de courant qui peut atteindre 5 à 7 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce même courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut être égale à celle du réseau. La coupure est sévère. Exemples d'utilisation : machines d'imprimerie, à tréfiler, levage, métallurgie. Emploi en courant continu Catégorie DC-1 Elle s'applique à tous les appareils d'utilisation à courant continu (récepteurs) dont la constante de temps (L/R) est inférieure ou égale à 1 ms. Catégorie DC-3 Cette catégorie régit le démarrage, le freinage en contre-courant ainsi que la marche par “à-coups” des moteurs shunt. Constante de temps <= 2 ms. A la fermeture, le contacteur établit le courant de démarrage, voisin de 2,5 fois le courant nominal du moteur. A l'ouverture, il doit couper 2,5 fois le courant de démarrage sous une tension au plus égale à la tension du réseau. Tension d'autant plus élevée que la vitesse du moteur est faible et, de ce fait, sa force contre-électromotrice peu élevée. La coupure est difficile. Catégorie DC-5 Cette catégorie concerne le démarrage, le freinage en contrecourant et la marche par “à-coups” de moteurs série. Constante de temps <= 7,5 ms. Le contacteur se ferme sous une pointe de courant qui peut atteindre 2,5 fois le courant nominal du moteur. Lorsqu'il s'ouvre, il coupe ce même courant sous une tension d'autant plus importante que la vitesse du moteur est faible. Cette tension peut être égale à celle du réseau. La coupure est sévère. P 8 / 36 Electricité industrielle Le relais thermique Choix de la protection thermique Pour optimiser la durée de vie d'un moteur en interdisant son fonctionnement dans des conditions anormales d'échauffement, tout en assurant au maximum la continuité de marche de la machine entraînée ou de l'installation en évitant des arrêts intempestifs, il importe de choisir une protection thermique appropriée. Les conditions réelles d'emploi sont essentielles pour déterminer les valeurs d'emploi du moteur (puissance, courant), et pouvoir choisir une protection thermique efficace : - température ambiante, - altitude d'utilisation, - service normalisé, Ces valeurs d'emploi sont fournies par le constructeur du moteur. Il existe divers appareils de protection thermique : - relais thermiques ou disjoncteurs magnéto-thermiques, - relais à sondes PTC, - relais multifonction. P 9 / 36 Electricité industrielle Protection par relais thermique Un relais de protection thermique traditionnel protège le moteur dans les deux cas suivants : - surcharge, par le contrôle du courant absorbé sur chacune des phases - déséquilibre ou absence de phases, par son dispositif différentiel. Il couvre donc 44 % des cas de défaillance. Couramment utilisé, ce relais offre une excellente fiabilité, et son coût est relativement faible. Il est particulièrement recommandé s'il existe un risque de blocage du rotor. Il présente cependant l'inconvénient de ne pas tenir compte de manière suffisamment précise de l'état thermique du moteur à protéger. En effet, son principe de fonctionnement est basé sur la déformation de bilames sous l'effet du courant absorbé par le moteur. Les inerties thermiques du relais et du moteur étant différentes, il peut arriver dans certains cas que le redémarrage du moteur soit autorisé après un déclenchement alors que sa température est encore trop élevée. Le disjoncteur magnéto-thermique P 10 / 36 Electricité industrielle La protection des moteurs est assurée par les dispositifs de protection magnétothermiques incorporés aux disjoncteurs-moteurs. Les éléments magnétiques (protection contre les courts-circuits) ont un seuil de déclenchement non réglable. Il est égal à environ 13 fois l'intensité de réglage maximale des déclencheurs thermiques. Les éléments thermiques (protection contre les surcharges) sont compensés contre les variations de la température ambiante, de - 20 °C à + 60 °C à l'air libre et de - 20 °C à + 40 °C en coffret. La protection des personnes est également assurée. Toutes les pièces sous tension sont inaccessibles au toucher. L'adjonction d'un déclencheur à minimum de tension permet le déclenchement du disjoncteur-moteur en cas de manque de tension. L'utilisateur est ainsi protégé contre un redémarrage intempestif de la machine lors du retour de la tension, une action sur le bouton poussoir étant indispensable pour remettre le moteur en marche. Contacteurs disjoncteurs intégral P 11 / 36 Electricité industrielle L’équipement d’un circuit terminal doit réaliser 4 fonctions essentielles : - protection contre les surcharges, - protection contre les courts-circuits, - commutation, - sectionnement. Ces fonctions sont traditionnellement assurées par des appareils distincts que l’on doit associer pour constituer des structures de départs, dont les plus connues sont : - fusibles + contacteur + relais, - disjoncteur + contacteur + relais. Pour la protection contre les courts-circuits, le pouvoir de coupure est très élevé avec effet de limitation du courant de court-circuit par une coupure ultra-rapide. P 12 / 36 Electricité industrielle La coordination La coordination des départs-moteurs définit le comportement des appareillages sur court-circuit et le niveau de service après son interruption. Comportement des appareillages Conséquence sur les appareillages Niveau de service attendu après interruption du circuit Coordination type 1 Sur court-circuit, les appareillages n’occasionnent aucun danger pour les personnes et les installations. Après court-circuit, l’isolement est conservé; les appareillages autres que le contacteur et le relais thermique ne doivent pas être endommagés. Coordination type 2 Sur court-circuit, les appareillages n’occasionnent aucun danger pour les personnes et les installations. Après court-circuit, l’isolement est conservé ; aucun dommage ni déréglage n’est admis pour les appareillages. Le risque de soudure des pôles du contacteur est admis si ceux-ci sont facilement séparables, sans déformation appréciable. Avant remise en service un Avant remise en service, une contrôle du circuit est effectué ; inspection est suffisante, aucun le remplacement de pièces ou remplacement de matériel ne d’appareillages est réalisé si doit être nécessaire. nécessaire. P 13 / 36 Electricité industrielle Coordination totale Sur court-circuit, les appareillages n’occasionnent aucun danger pour les personnes et les installations. Après court-circuit, l’isolement est conservé ; aucun dommage ni déréglage n’est admis pour les appareillages ni risque de soudure des pôles du contacteur. La remise en service est immédiate sans précaution particulière, après élimination du défaut. Exemple de coordination type 1 Exemple de coordination type 3 Exemple de coordination type 2 P 14 / 36 Electricité industrielle Démarreurs électroniques démarreur LH4 Le démarreur progressif réalise la mise sous tension réduite des moteurs et la montée progressive de cette tension jusqu'à sa valeur nominale. Ceci a pour conséquence de réduire les courants de démarrage et donc les-à-coups préjudiciables aux moteurs d'entraînement et à la mécanique entraînée. Le couple de décollage est ajusté par l'utilisateur grâce à un potentiomètre du démarreur, alors que le temps de démarrage (correspondant au temps de montée de la tension d'alimentation) est lui aussi réglable en agissant sur un second potentiomètre. Ces deux fonctions ajustables peuvent être plombées afin d'éviter tout risque de déréglage. Le moteur associé au démarreur doit être capable de démarrer la charge sous tension réduite. Les démarreurs progressifs LH4-N1 sont destinés aux applications dites “courantes”, dans lesquelles les à-coups lors du démarrage doivent être supprimés. Exemples : convoyeurs, tapis transporteurs, portes automatiques, téléskis et toutes les machines équipées de courroies. (La réduction du courant de démarrage n'est pas possible sur les moteurs triphasés). P 15 / 36 Electricité industrielle Démarreurs ralentisseurs progressifs i Les démarreurs-ralentisseurs progressifs destinés aux applications nécessitant de meilleures performances et dans lesquelles, non seulement les à-coups lors du démarrage doivent être supprimés, mais où un ralentissement est nécessaire. Ces démarreurs permettent en plus, une réduction importante du courant de démarrage. Exemples : ventilateurs, pompes, compresseurs à froid, air comprimé et toutes les machines à forte inertie. P 16 / 36 Electricité industrielle P 17 / 36 Electricité industrielle Variateur de vitesse Principe de la variation de vitesse La vitesse d’un moteur à cage d’écureuil est toujours fixe car liée à la fréquence du réseau (50 Hz). Un moyen simple de faire varier la vitesse de ce même moteur consiste à faire varier la fréquence. En interposant un variateur de vitesse, on peut faire varier aisément l’amplitude et la fréquence de la tension pour l’adopter à la vitesse recherchée. Fonctionnement d’un variateur de vitesse : La tension du réseau 50 Hz est d’abord redressée en tension continue à l’aide d’un redresseur. La tension obtenue est ensuite injectée dans un dispositif électronique hacheur qui génère des impulsions d’amplitude constante mais de durée variable. Il est ainsi créé une nouvelle sinusoïde dont on peut faire varier la fréquence. En agissant sur la durée des impulsions, la commande de réglage (potentiomètre) permet ainsi d’appliquer au moteur une tension dont la fréquence correspond à la vitesse désirée. P 19 / 36 Electricité industrielle P 20 / 36 Electricité industrielle Inductance de ligne Ces inductances permettent d'assurer une meilleure protection contre les surtensions du réseau et de réduire le taux d'harmoniques de courant produit par le variateur. Les inductances recommandées permettent de limiter le courant de ligne. L'utilisation d'inductances de ligne est particulièrement recommandée dans les cas suivants : - Réseau fortement perturbé par d'autres récepteurs (parasites, surtensions). - Réseau d'alimentation avec un déséquilibre de tension entre phases > 1,8 % de la tension nominale. - Variateur alimenté par une ligne très peu impédante (à proximité de transformateurs de puissance supérieure à 10 fois le calibre du variateur). - Installation d'un grand nombre de convertisseurs de fréquence sur la même ligne (réduction du courant de ligne). - Réduction de la surcharge des condensateurs de relèvement du cos, si l'installation comporte une batterie de compensation du facteur de puissance. P 21 / 36 Electricité industrielle DETECTION MECANIQUE ET ELECTRONIQUE Interrupteurs de position Les interrupteurs de position sont présents dans toutes les installations automatisées ainsi que dans des applications variées en raison de nombreux avantages inhérents à leur technologie. Ils transmettent au système de traitement les informations de : - présence / absence, - passage, - positionnement, - fin de course. Ils offrent : - une séparation galvanique des circuits, - une très bonne aptitude à commuter des courants faibles charges, selon le modèle, combinée à une grande endurance électrique, - une très bonne tenue au court-circuit en coordination avec les fusibles appropriés, - une immunité totale aux parasites électromécaniques, - une tension d'emploi élevée. - une grande résistance aux diverses ambiances industrielles (essais normalisés et spécifiques en laboratoire), - une bonne fidélité, jusqu'à 0,01 mm sur les points d'enclenchements, - un fonctionnement simple visualisé. Quelques définitions : Course d'ouverture positive Course minimale entre le début du mouvement de l'organe de commande et la position correspondant à l'accomplissement de la manœuvre positive d'ouverture. P 22 / 36 Electricité industrielle Force d'ouverture positive Force de commande appliquée à l'organe de commande pour accomplir la manœuvre positive d'ouverture. Détecteurs inductifs P 23 / 36 Electricité industrielle Définitions : Portée nominale Sn Comme pour les détecteurs inductifs, la portée nominale est définie avec une plaquette de mesure carrée, en acier doux de 1 mm d'épaisseur. Le coté de la plaquette est égal au diamètre du cercle de la face sensible du détecteur. Sensibilité du détecteur Les détecteurs cylindriques Ø 18 ou 30 mm et parallélépipédiques sont équipés d'un potentiomètre de réglage (20 tours) permettant d'ajuster la sensibilité de l'appareil au type d'objet à détecter. Un réglage nominal de la sensibilité est effectué en usine. En fonction de l'application, une adaptation du réglage pourra être nécessaire, à savoir : - augmentation de la sensibilité pour des objets de faible influence : papier, carton, verre, plastique, - maintien ou diminution de la sensibilité pour des objets de forte influence : métaux, liquides. Les détecteurs capacitifs Telemecanique sont équipés d'électrodes de compensation permettant de s'affranchir de l'influence des variations du milieu ambiant (humidité, pollution). Cependant, dans le cas de variations importantes du milieu ambiant, veiller lors de l'augmentation de la sensibilité à ne pas placer le produit dans une plage de fonctionnement critique. L'augmentation de la sensibilité se traduit également par l'accroissement de l'hystérésis de commutation. Les détecteurs de proximité inductifs permettent de détecter sans contact des objets métalliques à une distance variable de 0 à 60 mm. Ils se retrouvent dans des applications très variées telles que la détection de position des pièces de machines (cames, butées, …), le comptage de présence d'objets métalliques, … Il n’y a pas de contact physique avec l'objet, donc pas d'usure et possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints. Possibilité de fonctionner à des cadences de fonctionnement élevées et prise en compte d'informations de courte durée. Ces capteurs ont une très bonne tenue aux environnements industriels (produits robustes entièrement encapsulés dans une résine). Un détecteur inductif détecte exclusivement les objets métalliques. Il est essentiellement composé d'un oscillateur dont les bobinages constituent la face sensible. A l'avant de celle-ci est créé un champ magnétique alternatif. P 24 / 36 Electricité industrielle Losqu'un écran métallique est placé dans le champ magnétique du détecteur, des courants induits constituent une charge additionnelle qui provoque l'arrêt des oscillations. Après mise en forme, un signal de sortie correspondant à un contact à fermeture NO, à ouverture NC ou complémentaire NO + NC est délivré. Contacts de sortie A fermeture (NO) A ouverture (NC) Raccordement du détecteur Technique 2 fils : P 25 / 36 Electricité industrielle Technique 3 fils Contrôleurs de rotation Les détecteurs dits “à contrôle de rotation” supervisent la vitesse de déplacement d'un mobile par rapport à un seuil donné. Ce déplacement peut être une rotation ou une translation linéaire. Le mobile à contrôler est équipé de cibles métalliques qui seront détectées par le détecteur. La fréquence des impulsions Fc émise par le mobile à contrôler est comparée à la fréquence Fr préréglée sur le détecteur. La sortie du détecteur est à l'état fermé pour Fc > Fr et à l'état ouvert pour Fc < Fr. P 26 / 36 Electricité industrielle Détecteurs capacitifs Il permet la détection d'objets de toutes natures, conducteurs ou non conducteurs, tels que : métaux, minerais, bois, plastique, verre, carton, cuir, céramique, fluides, etc… Un détecteur de proximité capacitif est principalement constitué d'un oscillateur dont le condensateur est formé par 2 électrodes placées à l'avant de l'appareil. Il n’y a pas de contact physique avec l'objet à détecter. Il permet de fonctionner à des cadences de fonctionnement élevées. P 27 / 36 Electricité industrielle Les détecteurs photoélectriques Un détecteur photoélectrique se compose essentiellement d'un émetteur de lumière (diode électroluminescente) associé à un récepteur sensible à la quantité de lumière reçue (phototransistor). Une diode électroluminescente est un composant électronique semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'il est traversé par un courant électrique. Cette lumière peut être visible ou invisible selon la longueur d'onde d'émission. Il y a détection quand la cible pénètre dans le faisceau lumineux émis par le détecteur et modifie suffisamment la quantité de lumière reçue par le récepteur pour provoquer un changement d'état de la sortie. Principes de la Selon les modèles de détecteurs, l'émission se fait en infrarouge, ou en lumière visible rouge ou verte. Les diodes électroluminescentes (DEL) et les phototransistors en lumière rouge sont utilisés pour la transmission par les fibres optiques en plastique et dans le cas des détecteurs réflex polarisés. L'avantage des DEL est leur très grande rapidité de réponse. Pour insensibiliser le système à la lumière ambiante, le courant traversant la DEL est modulé de façon à obtenir une émission lumineuse pulsée. Seul le signal pulsé sera utilisé par le phototransistor et traité pour commander la charge. Systèmes de détection Système barrage Le système barrage se compose de 2 boîtiers associés, l'un émetteur, l'autre récepteur. Caractéristiques : - Portée élevée (jusqu'à 50 m), - Détection très précise, reproductibilité élevée, - Bonne tenue aux environnements difficiles (poussières, lumières parasites, …), Mais : P 28 / 36 Electricité industrielle - la cible devra être opaque, - nécessité de monter 2 éléments vis à vis (l'émetteur et le récepteur). Le système reflex Le système réflex se compose d'un boîtier émetteur / récepteur et d'un réflecteur renvoyant la lumière émise vers le récepteur. Caractéristiques : - Portée moyenne (jusqu'à 15 m), - Détection précise, - Mise en œuvre simple (montage et raccordement d'un seul élément), Détection de cibles opaques (tous les système réflex) ou transparentes (système réflex spécifiques pour matériaux transparents) mais non brillants. Mais : un environnement “propre” est recommandé. Le système reflex polarisé Le système réflex polarisé possède en supplément du système reflex des filtres de polarisation de la lumière, permettant la détection de cibles brillantes. Caractéristiques identiques à celles du système réflex avec en complément : P 29 / 36 Electricité industrielle - détection fiable de tout type de cibles brillantes, grâce à l'utilisation des filtres de polarisation, - émission en lumière visible (rouge) donc aide à l'alignement du système. détection optique Le système de proximité Le système de proximité se compose uniquement d'un boîtier émetteur/récepteur. C'est l'objet à détecter qui renvoie la lumière émise vers le récepteur. Caractéristiques : - Portée faible (jusqu'à 2 m) et dépendant de la couleur (pouvoir de réflexion) de la cible, - Mise en œuvre simple (montage et raccordement d'un seul élément), - Détection de tous types de cibles (opaques, brillantes ou transparentes). Mais : un environnement propre est recommandé. P 30 / 36 Electricité industrielle SCHEMA DE DEMARRAGES MOTEURS Démarrage direct P 31 / 36 Electricité industrielle Départ moteur direct inverseur P 32 / 36 Electricité industrielle Démarrage étoile triangle P 33 / 36 Electricité industrielle AUTOMATES PROGRAMMABLES Automate TSX 17 P 34 / 36 Electricité industrielle tation rôle de rotation La structure de base d’un automate programmable repose sur les éléments suivants : Le processeur rière-pl - Il a pour rôle principal le traitement des instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l’application. - Il assure la gestion des entrées/sorties - Il réalise les séquences d’autotest - Il dialogue avec le terminal de programmation, pour l’écriture et la mise au point du programme ainsi que la mise au point en cours de fonctionnement. Le microprocesseur utilise pour fonctionner la mémoire système (mémoire morte) non accessible à l’utilisateur. Mémoire utilisateur Elle est destinée au stockage d’instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l’automatisme, ainsi que des données . L’élément de base de la mémoire est le bit ( abréviation de l’anglais binary digit) qui peut prendre les deux états logiques 0 et 1. Les bits sont regroupés en mots (16 bits) ou en octets ( 8 bits). La capacité mémoire est évaluée en K mots ou K octets( 1 K mot = 1024 mots). On trouve 2 types de mémoires : La mémoire vive ou mémoire RAM ( Random Access Memory = mémoire à accès aléatoire). Le contenu de ces mémoires peut être lu et modifié à volonté, mais il est perdu en cas de manque de tension. Elles nécessitent par conséquent une sauvegarde par batterie. Les mémoires vives sont utilisés pour l’écriture et la mise au point du programme et pour le stockage des données. La mémoire morte dont le contenu est maintenu en cas de disparition de la tension peut être lue uniquement.. Leur réécriture nécessite une procédure particulière hors de l’automate, soit par rayons ultra-violets ( mémoire EPROM, REPROM), soit électrique (mémoire EEPROM). Elles sont destinées à la mémorisation du programme après la mise au point. La mémoire programme est contenue dans une ou plusieurs cartouches qui viennent s’insérer sur le module processeur ou sur un module d’extension mémoire. Entrées / Sorties TOR TOR = tout ou rien) Ces entrées sorties assurent l’intégration directe de l’automate dans son environnement industriel. P 35 / 36 Electricité industrielle Les entrées comportent une fonction d’interface pour la réception et la mise en forme des signaux provenant de l’extérieur (capteurs, détecteurs). Les sorties permettent la commande de pré actionneurs, de voyants de signalisation. La conception de ces interfaces avec un isolement galvanique ou un découplage optoélectronique assure la protection de l’automate contre les signaux parasites. Communication Cette fonction permet l’échange des signaux avec l’unité centrale par l’intermédiaire du bus d’entrées / sorties. Bus Le bus est un ensemble de conducteurs qui réalisent la liaison entre les différents éléments de l’automate. Dans un automate modulaire il se présente sous forme de circuit imprimé situé en fond de bac et supporte des connecteurs sur lesquels viennent s’enficher les différents modules : processeur, extension mémoire, interfaces et coupleurs. Il est organisé en plusieurs sous ensembles destines à véhiculer un type bien défini d’informations : - bus de données pour les signaux d’entrées / sorties - bus d’adresses des entrées / sorites - bus de commande pour les signaux de services - bus de distribution des tensions issues du bloc d’alimentation Alimentation Elle élabore à partir d’un réseau 110 V ou 220 V en courant alternatif, ou d’une source 24 ou 48 V en courant continu , les tensions internes distribuées aux modules de l’automate. Afin d’assurer le niveau de sûreté requis, elle comporte des dispositifs de détection de baisse ou de coupure de la tension réseau, et de surveillance des tensions internes. P 36 / 36 Electricité industrielle
