M205 TEI Modifier l’installation ou le fonctionnement d’un équipement électrique industriel

Guide du Formateur
Module N°17
Modifier l’installation ou le
fonctionnement d’un équipement
électrique industriel
Avril 2022
Table des matières
CHAPITRE I ....................................................................................................................................................... 5
1.
INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 6
2. EXEMPLE D’UNE MISE EN SITUATION POUR DÉTERMINER LE CALIBRE DES CANALISATIONS ET DES
DISPOSITIFS DE PROTECTION ........................................................................................................................... 6
2.1 Un transformateur monophasé alimente une charge monophasée..........................................................6
3.
LA NORME NF C 15-100 ............................................................................................................................ 7
3.1 Distinction entre basse, moyenne, haute et très haute tension ...............................................................7
3.2 Rappel sur les tensions normalisées .........................................................................................................7
3.3 Réseaux de distribution triphasés .............................................................................................................8
4.
DÉFINITION DES TERMES RELATIFS AUX CANALISATIONS BASSE TENSION ............................................... 8
5. DÉTERMINATION DES SECTIONS DE CONDUCTEURS ET CHOIX DES DISPOSITIFS DE PROTECTION EN
BASSE TENSION .............................................................................................................................................. 10
5.1 Principe de la méthode ...........................................................................................................................10
5.2. Détermination du courant maximal d'emploi ........................................................................................13
5.3 Choix des dispositifs de protection..........................................................................................................15
5.4 Courants admissibles dans les canalisations ..........................................................................................16
5.5 Détermination pratique de la section minimale d’une canalisation BT ..................................................17
6.
RÉGIMES DE NEUTRE ET SCHÉMAS DE LIAISONS À LA TERRE UTILISÉS EN BASSE TENSION .................... 17
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
7.
Signification des lettres définissant les régimes de neutre .....................................................................18
Schéma TT (neutre à la terre) .................................................................................................................18
Schéma TN (mise au neutre) ...................................................................................................................18
Section du conducteur de protection PE .................................................................................................19
Repérage des conducteurs ......................................................................................................................20
MISES EN SITUATION N0 1 ...................................................................................................................... 21
7 .1 Un transformateur alimente une charge monophasée 30 A-230 Volts .................................................21
7.2 Solution ...................................................................................................................................................22
8.
MISES EN SITUATION N0 2 ...................................................................................................................... 26
8.1
8.2
8.3
8.4
9.
Charge motrice triphasée alimentée sous 400 volts ...............................................................................26
Solution ...................................................................................................................................................27
Vérification des chutes de tension ..........................................................................................................30
Application (Calcul de la chute de tension) .............................................................................................31
MISES EN SITUATION N0 3 ...................................................................................................................... 33
CHAPITRE 2 .................................................................................................................................................... 35
1.
INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 36
2.
MODIFICATION À UN CIRCUIT DÉPART MOTEUR ................................................................................... 36
2.1 Départ moteur avec une station à boutons poussoirs ............................................................................36
2.2 Départ moteur avec deux stations à boutons poussoirs .........................................................................38
3. CHOISIR ENTRE UN DÉMARREUR PROGRESSIF ET UN ENTRAÎNEMENT À FRÉQUENCE VARIABLE (SOURCE
EATON)........................................................................................................................................................... 40
3.1 Distinction entre un entrainement à fréquence variable et un démarreur progressif ............................40
3.2 Fonctionnement d’un entrainement à fréquence variable .....................................................................41
2
3.3
3.4
3.5
3.6
4.
Fonctionnement d’un démarreur progressif ...........................................................................................41
Avantages du choix d'un EFV ..................................................................................................................41
Avantages du choix d'un démarreur progressif ......................................................................................42
Choix du matériel adapté aux besoins ....................................................................................................42
MISE EN SITUATION POUR LE REMPLACEMENT D’UN DÉMARREUR ÉTOILE-TRIANGLE À REMPLACER ... 43
4.1 Valeur des courants et des tensions – Raccordement étoile...................................................................43
4.2 Valeur des courants et des tensions – Raccordement triangle ...............................................................44
4.3 Schéma de commande et de puissance d’un Démarreur Étoile-Triangle ...............................................45
4.4 Remplacement d’un démarreur étoile-triangle par un démarreur progressif (démarreur électronique
« Soft Start ») .................................................................................................................................................48
4.5 Démarreur progressif Altistart (Re : Guide Schneider) ............................................................................49
4.6 Information sur le travail à effectuer ......................................................................................................54
5.
VARIATEURS DE VITESSE (SOURCE SCHNEIDER).................................................................................... 57
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
6.
Rappels : Les principales fonctions des démarreurs et des variateurs de vitesse électroniques .............57
Structure générale d’un variateur de vitesse électronique .....................................................................59
Protections intégrées aux variateurs ......................................................................................................60
Protections extérieures aux variateurs ...................................................................................................61
Schémas de câblage général ..................................................................................................................63
Mise en œuvre d’un variateur.................................................................................................................64
ÉTUDE DE CAS (MISE EN SITUATION) ..................................................................................................... 65
6.1
6.2
6.3
6.4
État de la situation..................................................................................................................................65
Décisions .................................................................................................................................................65
Choix du moteur et du variateur .............................................................................................................66
Exercice d’application ............................................................................................................................. 68
CHAPITRE 3 .................................................................................................................................................... 69
1.
INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 70
2.
SCHÉMAS DE COMMANDE D’UN VÉRIN ................................................................................................. 70
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.
Schéma Ladder pour la commande d’un vérin par 2 boutons poussoirs ................................................70
Grafcet pour la commande d’un vérin par 2 boutons poussoirs .............................................................71
Grafcet de commande d’un vérin avec temporisation ............................................................................72
Schéma Ladder - Circuit d’un vérin commandé par 2 boutons poussoirs et temporisation ....................73
Vérin commandé par 2 boutons poussoirs et temporisation – Commande par API ...............................74
MACHINE-OUTIL AVEC MOUVEMENT DE VA ET VIENT ALTERNATIF ....................................................... 75
3.1 Machine-outil avec mouvement de va et vient alternatif.......................................................................75
3.2 Description du fonctionnement ..............................................................................................................76
4.
CONVOYEUR AVANT-ARRIÈRE - SCHÉMA LADDER (NEMA) .................................................................... 77
5.
CONVOYEUR AVANT-ARRIÈRE - SCHÉMA LADDER (IEC) ......................................................................... 78
6.
CONVOYEUR AVANT-ARRIÈRE - COMMANDÉ PAR API ALLEN BRADLEY ................................................ 79
Références bibliographiques..........................................................................................................................81
CHAPITRE 4 .................................................................................................................................................... 82
TRAVAUX DIRIGÉS / AUTOÉVALUATION ......................................................................................................... 82
CHAPITRE 5 .................................................................................................................................................... 82
TRAVAUX PRATIQUES (TP) ............................................................................................................................. 82
3
Note aux formateurs
Ce manuel de cours ou guide d’apprentissage comprend les notes de cours, les travaux dirigés
(exercices d’apprentissage théorique) et des suggestions pour les activités d’apprentissage pratique
(TP). Ces activités d’apprentissage pratique devraient être ajustées en fonction des équipements et
appareillages disponibles dans l’établissement de formation pour dispenser ce module.
Il s’agit d’un guide, et non pas un document prescriptif, qui peut donc être adapté, allégé ou enrichi
en fonction de la clientèle et des objectifs visés par le module.
Note : Un dossier complémentaire sous format numérique accompagne ce guide. Il comprend entre
autres, la norme NF C 15-100 et différents Guides de Schneider.
4
Chapitre I
INSTALLATION D’UN ÉQUIPEMENT ÉLECTRIQUE INDUSTRIEL
Ce chapitre traite de la démarche à appliquer pour faire le bon choix des composants lors de
l’installation ou lors de la modification d’un équipement électrique industriel. Bien sûr, vous mettrez
à profit les connaissances et les habiletés cognitives que vous avez développées dans les modules
précédents.
2. Exemple d’une mise en situation pour déterminer le calibre des canalisations et des
dispositifs de protection
Par exemple, pour une installation électrique telle que montrée et décrite ci-après, quel sera :
Le nombre et la section des canalisations entre les différentes sections ?
La couleur (ou le n0) des différents conducteurs?
Le calibre des fusibles – côté primaire du transformateur?
Le calibre des fusibles – côté secondaire du transformateur?
COMMENT FAIRE? Serez-vous en mesure de répondre à ces questions?
2.1 Un transformateur monophasé alimente une charge monophasée
Données
Transformateur abaisseur monophasé 400/230 Volts – Puissance de 15 KVA
Tension appliquée au primaire 400 Volts monophasé
Courant consommé par la charge au secondaire : 30 A sous 230 V
Ce chapitre vous permettra de
répondre à ces questions et à
d’autres questions pertinentes à de
telles installations.
Vous pouvez cependant amorcer
votre réflexion sur la façon réaliste
de procéder.
Le nombre et la section des
canalisations entre les différentes
sections ?
La couleur (ou le n0) des différents
conducteurs?
Le calibre des fusibles – côté primaire
du transformateur?
Le calibre des fusibles – côté
secondaire du transformateur?
Figure 1
6
Chapitre 1
1. Introduction
Note : Il importe de se référer à la norme NF C 15-100 pour bien s’approprier les notions qui suivent
et être en mesure de réaliser les exercices proposés. Aussi, il nous semble important de relever les
éléments essentiels et nous les présentons ci-après. D’autres références à cette norme seront
soulignées à chaque fois que les mises en situation présentées le nécessitent.
Noter aussi que cette norme NF C 15-100 et plusieurs autres documents pertinents à ce guide sont
regroupés dans un dossier complémentaire de fichiers numériques qui accompagne ce guide.
3.1 Distinction entre basse, moyenne, haute et très haute tension
Figure 2
3.2 Rappel sur les tensions normalisées
Figure 3 - Tensions normalisées entre 100 et 1000 volts
7
Chapitre 1
3. La norme NF C 15-100
Chapitre 1
3.3 Réseaux de distribution triphasés
Figure 4 - Les tensions normalisées des réseaux français de distribution triphasés 230 V
Figure 5 - Les tensions normalisées des réseaux français de distribution triphasés 410 V
4. Définition des termes relatifs aux canalisations basse tension
Note : Certaines de ces définitions vous sont probablement familières. Il importe cependant d’avoir
la même compréhension de ce qu’est un câble, un conducteur, une canalisation, etc.
Figure 6 - Exemples de câbles et conducteurs
Note : Référer au fichier Conducteurs_câbles.pdf dans le dossier de fichiers numériques
accompagnant ce guide pour voir ou revoir la composition et les caractéristiques des câbles et
conducteurs.
8
Chapitre 1
Câble (isolé)
Ensemble constitué par :
- un ou plusieurs conducteurs isolés
- leur revêtement individuel éventuel
- la protection d'assemblage éventuelle
- le ou les revêtements de protection éventuels
Il peut comporter en plus un ou plusieurs conducteurs non isolés.
Câble multiconducteur / Câble multipolaire
Câble comprenant plus d'une âme, dont éventuellement certaines non isolées.
À noter : le terme câble multipolaire est plus particulièrement utilisé pour désigner le câble
constituant les phases d’un système triphasé (câble tripolaire).
Câble unipolaire / Câble à un conducteur
Câble comprenant un seul conducteur isolé.
À noter : le terme câble unipolaire est plus particulièrement utilisé pour désigner le câble constituant
l’une des phases d’un système triphasé.
Canalisation
Ensemble constitué par un ou plusieurs conducteurs électriques et les éléments assurant leur fixation
et, le cas échéant, leur protection mécanique.
Caniveau
Enceinte située au-dessus ou dans le sol, ventilée ou fermée, ayant des dimensions ne permettant pas
aux personnes d’y circuler, mais dans laquelle les canalisations sont accessibles sur toute leur longeur
pendant et après installation.
A noter : un caniveau peut ou non faire partie de la construction du bâtiment.
Chemin de câbles (ou tablette)
Support constitué d'une base continue, munie de rebords et ne comportant pas de couvercle.
A noter : un chemin de câbles (ou tablette) peut être perforé ou non perforé.
Circuit (électrique, d'installation)
Ensemble des matériels électriques de l’installation alimentés à partir de la même origine et protégés
contre les surintensités par le ou les mêmes dispositifs de protection.
Conducteur (isolé)
Ensemble comprenant l'âme, son enveloppe isolante et ses écrans éventuels.
Conduit (circulaire)
Enveloppe fermée, de section droite circulaire, destinée à la mise en place ou au remplacement de
conducteurs isolés ou de câbles par tirage, dans les installations électriques.
Conduits - profilés
Ensemble d’enveloppes fermées, de section non circulaire, destinées à la mise en place ou au
remplacement de conducteurs isolés ou de câbles par tirage, dans les installations électriques.
9
Courant d'emploi d'un circuit
Courant destiné à être transporté dans un circuit en service normal.
Courant (permanent) admissible d'un conducteur
Valeur maximale du courant qui peut parcourir en permanence, dans des conditions données, un
conducteur, sans que sa température de régime permanent soit supérieure à la valeur spécifiée.
Échelle à câbles
Support de câbles constitué d'une série d'éléments non jointifs rigidement fixés à des montants
principaux.
Fourreau (ou buse)
Élément entourant une canalisation et lui conférant un protection complémentaire dans des
traversées de paroi (mur, cloison, plancher, plafond) ou dans des parcours enterrés.
Gaine
Enceinte située au-dessus du niveau du sol, dont les dimensions ne permettent pas d'y circuler et
telle que les câbles soient accessibles sur toute leur longueur. Une gaine peut être incorporée ou non
à la construction.
Goulotte
Ensemble d'enveloppes fermées par un couvercle et assurant une protection mécanique des
conducteurs isolés ou des câbles, ceux-ci étant mis en place ou retirés autrement que par tirage et
permettant d'y adapter d'autres matériels électriques.
Vide de construction
Espace existant dans la structure ou les éléments d'un bâtiment et accessible seulement à certains
emplacements.
À noter :
- des espaces dans des parois, des planchers supportés, des plafonds et certains types d'huisseries de
fenêtres ou de portes et des chambranles sont des exemples de vides de construction.
- des vides de construction spécialement construits sont également dénommés "alvéoles".
5. Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection en
basse tension
5.1 Principe de la méthode
En conformité avec les recommandations de la norme NF C 15-100, le choix de la section des
canalisations et du dispositif de protection doit satisfaire plusieurs conditions nécessaires à la
sécurité de l'installation.
10
Chapitre 1
Corbeaux
Supports horizontaux de câbles fixés à l’une de leurs extrémités, disposés de place en place et sur
lesquels ceux-ci reposent.
Chapitre 1
La canalisation doit :
- véhiculer le courant maximal d'emploi et ses pointes transitoires normales;
- ne pas générer des chutes de tension supérieures aux valeurs admissibles.
Le dispositif de protection doit :
- protéger la canalisation contre toutes les surintensités jusqu'au courant de court-circuit;
- assurer la protection des personnes contre les contacts indirects.
1ère étape :
- connaissant la puissance d’utilisation, on détermine le courant maximal d’emploi IB et on en déduit
le courant assigné In du dispositif de protection;
- on calcule le courant de court-circuit maximal Icc à l’origine du circuit et on en déduit le pouvoir de
coupure PdC du dispositif de protection.
2ème étape :
- selon les conditions d'installation (mode de pose, température ambiante, ...), on détermine le
facteur global de correction f;
- en fonction de In et f, on choisit la section adéquate du conducteur.
3ème étape :
- vérification de la chute de tension maximale;
- vérification de la tenue des conducteurs à la contrainte thermique en cas de court-circuit;
- pour les schémas TN et IT, vérification de la longueur maximale relative à la protection des
personnes contre les contacts indirects.
La section du conducteur satisfaisant toutes ces conditions est alors retenue.
Note : Les modes de pose, les facteurs de correction pour les modes de pose ainsi que pour les
températures ambiantes sont montrées et commentées dans les pages 523 à 526 du « Guide de
conception des réseaux électriques industriels » dans les fichiers numériques accompagnant ce
guide. Vous pouvez également aussi référer à la norme NF C 15-100 (fichier numérique qui
accompagne aussi ce guide) à partir de la page 197.
Ci-après quelques extraits pour illustrer les modes de pose et les facteurs de correction
correspondant.
11
Chapitre 1
Figure 7
Valeur de correction f1 pour des températures ambiantes différentes de 30 °C (à 30 °C, f1 = 1)
(Canalisations non enterrées)
Le logigramme qui suit résume la démarche pour le choix d’une canalisation et de son dispositif de
protection pour un circuit
Figure 8
12
Le courant maximal d'emploi (IB) est défini selon la nature de l'installation alimentée par la
canalisation. Dans le cas de l'alimentation individuelle d'un appareil, le courant IB sera égal au
courant assigné de l'appareil alimenté. Par contre, si la canalisation alimente plusieurs appareils, le
courant IB sera égal à la somme des courants absorbés, en tenant compte des facteurs d'utilisation et
de simultanéité de l'installation.
Dans le cas de démarrages de moteurs ou de régimes cycliques de charges (poste de soudure par
point, il faut tenir compte des appels de courant lorsque leurs effets thermiques se cumulent.
Certaines installations sont sujettes à des extensions dans le temps. Le courant correspondant à cette
extension sera ajouté à l'existant.
En courant continu
:I=
P= puissance absorbée en Watts, U=Tension de service en Volts
En courant alternatif monophasé :
I=
, en triphasé
I=
√
S= Puissance apparente absorbée en VA
U= Tension entre les deux conducteurs pour une alimentation monophasée
U= Tension entre les phases pour une alimentation triphasée
5.2.1 Facteur tenant compte du facteur de puissance et du rendement : a
La puissante apparente d’un récepteur est :
S=
Pu = Puissance utile en Kw
r = rendement
Fp = Facteur de puissance
On définit le coefficient :
=
Lorsque le conducteur est dépourvu d’harmoniques, Fp = cos φ
5.2.2 Facteur d'utilisation des appareils : b
Dans une installation industrielle, on suppose que les récepteurs ne seront jamais utilisés à pleine
puissance. On introduit alors un facteur d'utilisation (b) qui varie généralement de 0,3 à 1.
À défaut de précision, on peut prendre :
b = 0,75 pour les moteurs
b = 1 pour l’éclairage et le chauffage
5.2.3 Facteur de simultanéité : c
Dans une installation industrielle, les récepteurs (d'un atelier par exemple) alimentés par une même
canalisation, ne fonctionnent pas simultanément dans tous les cas. Pour tenir compte de ce
phénomène, qui reste lié aux conditions d'exploitation de l'installation, dans le dimensionnement des
liaisons, on applique à la somme des puissances des récepteurs le facteur de simultanéité.
13
Chapitre 1
5.2. Détermination du courant maximal d'emploi
Figure 9 - Facteur de simultanéité pour un bâtiment administratif
Figure 10 - Facteur de simultanéité pour armoires de distribution industrielle
5.2.4 Facteur tenant compte des prévisions d'extension : d
La valeur du facteur d doit être estimée suivant les conditions prévisibles d'évolution de l'installation,
il est au moins égal à 1.
À défaut de précision, la valeur 1,2 est souvent utilisée.
.
5.2.5 Facteur de conversion des puissances en intensité : e
Le facteur de conversion de la puissance en intensité est :
e = 8 en monophasé 127, e = 4,35 en monophasé 230 V
e = 2,5 en triphasé 230 V, e= 1,4 en triphasé 400
Le courant maximal d'emploi est alors : IB = Pu x a x b x c x d x e
Pu
IB
: puissance utile en kW
: courant maximal d'emploi en A
14
Chapitre 1
En l'absence d'indications précises résultant de l'expérience d'exploitation d'installations type, les
valeurs des tableaux des figures 9 et 10 peuvent être utilisées.
Règle générale
En conformité avec la NF C 15-100, un dispositif de protection (disjoncteur ou fusible) assure
correctement sa fonction si les conditions indiquées ci-après sont satisfaites.
Courant nominal ou de réglage
Il doit être compris entre le courant d'emploi IB et le courant admissible Ia de la canalisation :
IB ≤ In ≤ Ia, ce qui correspond à la zone a de la figure 11.
Figure 11 - Courants du circuit nécessaires à la détermination de la protection
(fusible ou disjoncteur) (Norme NF C 15-100)
Courant conventionnel de déclenchement
Il doit satisfaire la relation suivante :
I2 ≤ 1,45 Ia, ce qui correspond à la zone b de la figure 11.
Cas des disjoncteurs
- Pour les disjoncteurs domestiques, la norme NF C 61-410 spécifie :
I2 = 1,45 In
- Pour les disjoncteurs industriels, la norme NF C 63-120 spécifie :
I2 = 1,30 Ir on a donc I2 ≤ 1, 45 In (ou Ir)
or In ≤ Ia (condition ci-avant)
La condition I2
≤ 1, 45 Ia (zone b) est donc automatiquement respectée.
15
Chapitre 1
5.3 Choix des dispositifs de protection
Les normes NF C 61-201 et ses additifs et NF C 63-210 spécifient que I2 est le courant qui assure la
fusion du fusible dans le temps conventionnel (1 h ou 2 h) ; I2 est appelé courant conventionnel de
fusion.
I2= k2 In
avec k2 = 1,6 à 1,9 selon les fusibles
Un commentaire à la NF C 15-100 introduit le coefficient :
=
,
Ainsi, la condition I2
≤ 1,45 Ia est respectée si :
≤
Pour les fusibles gl :
- In 1≤ 10 A
- 10 A < In ≤ 25 A
- In A > 25
k3 = 1, 31
k3 = 1, 1
k3 = 1,10
5.4 Courants admissibles dans les canalisations
C'est le courant maximal que la canalisation peut véhiculer en permanence sans préjudice pour sa
durée de vie. Pour déterminer ce courant, il faut procéder de la façon suivante :
−
−
à l'aide des tableaux 6-3 à 6-5, définir le mode de pose, son numéro et sa lettre de sélection
associés;
à partir des conditions d'installation et d'ambiance, déterminer les valeurs des facteurs de
correction qui doivent être appliquées (voir tableaux 6-6 à 6-15).
Note : Vous trouvez ces tableaux dans le « Guide de conception des réseaux électriques industriels »,
fichier numérique accompagnant ce guide.
−
−
−
calculer le facteur de correction global f égal au produit des facteurs de correction;
à l'aide du tableau 6-16 pour les lettres de sélection B, C, E, F et du tableau 6-17 pour la lettre de
sélection D, déterminer le courant maximal I0 admissible par la canalisation dans les conditions
standards ( f0 à f10 = 1 );
calculer le courant maximal admissible par la canalisation en fonction de ses conditions
d'installation : Ia = f I0.
16
Chapitre 1
Cas des fusibles
Chapitre 1
5.5 Détermination pratique de la section minimale d’une canalisation BT
Figure 12 - Logigramme pour déterminer la section d’une canalisation
6. Régimes de neutre et schémas de liaisons à la terre utilisés en basse tension
Lors d’installations d’équipements électriques industriels ou lors de modifications à apporter à des de
tels équipements, il faut bien sûr déterminer le calibre des conducteurs chargés mais il est aussi
primordial de faire les bons choix relatifs au conducteur neutre et au conducteur PE, le cas échéant.
Pour faire les choix appropriés autant dans les exercices et le mises en situation qui suivent que dans
l’exercice de votre futur métier, il importe de voir ou de revoir les notions relatives aux régimes de
neutre et de liaisons à la terre.
17
La première lettre définit la situation du point neutre par rapport à la terre.
T : liaison directe du point neutre à la terre
I : point neutre, soit isolé de la terre, soit relié à la terre par une impédance de valeur élevée.
La deuxième lettre définit le mode de raccordement des masses de l'installation électrique :
T : les masses sont interconnectées et reliées directement à la terre, indépendamment de la mise à la
terre éventuelle du point neutre
N : les masses sont reliées directement au conducteur neutre.
6.2 Schéma TT (neutre à la terre)
Un point de l'alimentation est relié directement à la terre. Les masses de l'installation sont reliées à
une prise de terre électriquement distincte de la prise de terre du neutre.
Elles peuvent être confondues de fait sans incidence sur les conditions de protection.
Figure 13- Schéma TT
6.3 Schéma TN (mise au neutre)
Un point de l'installation, en général le neutre, est relié directement à la terre. Les masses de
l'installation sont reliées à ce point par le conducteur de protection. On distingue les schémas TN-C et
TN-S.
6.3.1 Schéma TN-C
Le conducteur de protection et le conducteur neutre sont confondus en un seul conducteur appelé
PEN (Protective Earth and Neutral). Ce schéma est interdit pour des sections inférieures à 10 mm2 et
pour des canalisations mobiles.
Le schéma TN-C nécessite la création d'un système équipotentiel pour éviter la montée en potentiel
des masses et des éléments conducteurs. Il est par conséquent nécessaire de relier le conducteur
PEN à de nombreuses prises de terre réparties dans l'installation.
Attention : en schéma TN-C, la fonction "conducteur de protection" l'emporte sur la fonction
"neutre". En particulier, un conducteur PEN doit toujours être raccordé à la borne "terre" d'un
récepteur et un pont doit être réalisé entre cette borne et la borne du neutre.
18
Chapitre 1
6.1 Signification des lettres définissant les régimes de neutre
Chapitre 1
Figure 14 - Schéma TN-C
6.3.2 Schema TN-S
Le conducteur de protection et le conducteur neutre sont distincts. Les masses sont reliées au
conducteur de protection (PE).
Le schéma TN-S (5 fils) est obligatoire pour les circuits de section inférieure à 10 mm2 en cuivre et
16 mm2 en aluminium pour les canalisations mobiles.
Figure 15 - Schéma TN-S
6.4 Section du conducteur de protection PE
En utilisant la méthode simplifiée, voir l’extrait suivant Schneider).
19
Les repérages respectent toujours les trois règles suivantes :
Règle 1
La double coloration vert-et-jaune est exclusivement réservée au conducteur de protection PE et
PEN.
Règle 2
Lorsqu'un circuit comporte un conducteur neutre, celui-ci doit être repéré en bleu clair (ou par le
chiffre1 pour les câbles à plus de 5 conducteurs).
Lorsqu'un circuit ne comporte pas de neutre, le conducteur bleu clair peut être utilisé comme
conducteur de phase s'il est intégré à un câble à plus d'un conducteur.
Règle 3
Les conducteurs de phase peuvent être repérés par toute couleur sauf :
vert-et-jaune,
vert,
jaune,
bleu clair (voir règle 2).
Figure 16 - Repérage des conducteurs selon la constitution des circuits
20
Chapitre 1
6.5 Repérage des conducteurs
Chapitre 1
7. Mises en situation n0 1
Reprenons ici la mise en situation annoncée à la section 2.1.
7 .1 Un transformateur alimente une charge monophasée 30 A-230 Volts
Données
Transformateur abaisseur monophasé 400/230 Volts – Puissance de 15 KVA
Tension appliquée au primaire 400 Volts monophasé
Courant consommé par la charge au secondaire : 30 A sous 230 V
Câbles monoconducteurs (Isolation PVC) fixés au mur
Température ambiante 30 °C
Notre tâche : Déterminer la section de la canalisation entre la charge et le sectionneur ainsi que le
calibre du dispositif protégeant la charge.
Figure 17
21
Chapitre 1
7.2 Solution
(Référer au logigramme de la figure 12 à la section 5.5)
a) Trouver l’intensité d’emploi IB,
IB = Pu x a x b x c x d x e (section 6.2)
Pu = Puissance utile en Kw
Puisque le courant au secondaire est 30 A sous 230 V, Pu = 6,9 Kw
=
=
Coefficient qui tient compte du rendement et du FP
Charge résistive avec un rendement de 100%,
=
=1
b = Facteur d'utilisation des appareils
Dans notre cas, b = 1 (un seul appareil)
c = Facteur de simultanéité (Facteur pour réduire la somme des courants lorsque plusieurs appareils
sont alimentés par la canalisation).
Dans notre cas, puisqu’il y a un seul appareil alimenté par cette canalisation, c= 1
d = Facteur tenant compte des prévisions d’extension
Dans notre cas, cette canalisation est « dédiée » à un seul appareil, d= 1
e = Facteur de conversion des puissances en intensité, e= 2,5 (monophasé 230 V)
IB = 6,9 x 1 x 1 x 1 x 1 x 2,5 = 17,25 A
b) Trouver l’intensité assignée
In du dispositif de protection
Le Courant nominal ou de réglage doit être compris entre le courant d'emploi IB et le courant
admissible Ia de la canalisation :
IB ≤ In ≤ Ia
In = IB = 17,25 A
Puisque In < 25 A et > 10 A, Iz1 = 1, 1,21 In = 1, 21 x 17, 25 = 20,9 A
Nous optons pour
c) Détermination de la lettre de sélection et du facteur de correction global f
La portion du tableau 6-3 (Figure 18) reproduite ci-après nous dirige à la lettre de sélection C qui
donne comme facteurs de correction à appliquer :
f0 = 1 et prendre en compte f1, f4 et f5
f1 = 1 pour une température ambiante de 30 °C (re : tableau 6-6) (Figure 19)
f4 = 1 (mode de pose no 13) (il n’y a pas de groupement de câbles) (Tableau 6-9) (Figure 20)
f5 = 1 (nous n’avons pas de groupes de câbles disposés en couches) (Tableau 6-10)
22
Chapitre 1
Figure 18 – Tableau 6-3
Figure 19 - Tableau 6-6
Valeur de correction f1 pour des températures ambiantes différentes de 30 °C
(Canalisations non enterrées)
23
Chapitre 1
Figure 20 - Tableau 6-9
Déterminer
I’z
′ =
= 20,9
A/1 = 20,9 A
I’z = courant équivalent qui, dans des conditions standards d’installation provoque le même effet
thermique que Iz1
d) Déterminer la section pouvant véhiculer I’z
Réponses
Le tableau 52 H (Figure 21) qui suit nous donne pour 2 conducteurs chargés (20,9 A) du type PVC
dont la méthode d’installation est C, la section des conducteurs en cuivre doit être 2,5 mm² (peut
véhiculer 27 A).
Fusibles de 20 A ou valeur ou inférieure à 15 A selon les valeurs (standards) disponibles.
Sectionneur 20 A ou en fonction des fusibles.
En référant à 6.4, la section du conducteur PE sera 2,5 mm², sa couleur sera Vert/jaune, les
conducteurs chargés peuvent prendre n’importe quelle couleur à l’exception de bleu clair et de
vert/jaune.
24
Chapitre 1
Figure 21
25
Chapitre 1
8. Mises en situation n0 2
8.1 Charge motrice triphasée alimentée sous 400 volts
Données
Moteur triphasé 400 Volts – Puissance de 30 Kw, Rendement = 0.85, Fp = cos φ = 0,9
3 câbles monoconducteurs : 3 conducteurs chargés (Isolation PR).
Température ambiante : 30 °C
Mode de pose des câbles monoconducteurs : Sur des tablettes perforées en parcours horizontal et
vertical
La longueur de la canalisation : 10 m (côté charge du sectionneur au moteur)
Figure 22
26
Chapitre 1
8.2 Solution
Référer au logigramme de la figure 12 à la section 5.5).
Trouver l’intensité d’emploi IB,
IB = Pu x a x b x c x d x e (section 6.2).
Pu = Puissance utile en Kw
=
=
=
,
,!
Coefficient qui tient compte du rendement et du FP
= 1,307
b = Facteur d'utilisation des appareils
Dans notre cas, b = 1 (un seul appareil)
c = Facteur de simultanéité (Facteur pour réduire la somme des courants lorsque plusieurs appareils
sont alimentés par la canalisation)
Dans notre cas, puisqu’il y a un seul appareil alimenté par cette canalisation, c= 1
d = Facteur tenant compte des prévisions d’extension
Dans notre cas, cette canalisation est « dédiée » à un seul appareil, d= 1
e = Facteur de conversion des puissances en intensité, e= 1,4 (triphasé 400 V)
IB = 30 x 1,307 x 1 x 1 x 1 x 1,4 = 54,9 A
Trouver l’intensité assignée
In du dispositif de protection.
Le Courant nominal ou de réglage doit être compris entre le courant d'emploi IB et le courant
admissible Ia de la canalisation :
Nous optons pour
IB ≤ In ≤ Ia
In= IB= 54,9 A
Puisque In >25 A, Iz1 = 1, 10 In = 1, 10 x 54,9 = 60,4 A
Détermination de la lettre de sélection et du facteur de correction global f
La portion du tableau 6-3 (figure 23) reproduite ci-après nous dirige à la lettre de sélection F qui
donne comme facteurs de correction à appliquer :
f0 = 1 et prendre en compte f1, f4 et f5
f1 = 1 pour une température ambiante de 30 °C (re : tableau 6-6) (Figure 24)
f4 = 1 (mode de pose no 13) (il n’y a pas de groupement de câbles) (Tableau 6-9) (Figure 25)
f5 = 1 (nous n’avons pas de groupes de câbles disposés en couches) (Tableau 6-10) (Figure 26)
27
Chapitre 1
Figure 23
Figure 24- Tableau 6-6
Valeur de correction f1 pour des températures ambiantes différentes de 30 °C
(Canalisations non enterrées)
28
Chapitre 1
Figure 25- Tableau 6-9
Valeur de
f4
pour groupement de câbles multiconducteurs ou groupes de câbles monoconducteurs jointifs
Figure 26 - Tableau 6-10
Valeur de f5 pour groupement de câbles multiconducteurs ou groupes de câbles monoconducteurs
disposés en plusieurs couches
f (global) = f0 x f1 x f4 x f5= 1 x 1 x 1 x 1 x 1 = 1
Déterminer
′ =
I’z
= 60,4
A/1 = 60,4 A
I’z= courant équivalent qui, dans des conditions standards d’installation provoque le même
effet thermique que Iz1
a) Déterminer la section pouvant véhiculer I’z
Le tableau 52 H (figure 27) donné à la page suivante nous donne pour 3 conducteurs chargés (60,4 A)
du type PR dont la méthode d’installation est F, la section des conducteurs en cuivre doit être
10 mm² (peut véhiculer 80 A).
Fusibles de 60 A ou valeur ou inférieure à 45 A selon les valeurs (standards) disponibles.
Sectionneur 60 A ou calibre en fonction des fusibles sélectionnés.
29
Chapitre 1
Figure 27
8.3 Vérification des chutes de tension
∆ # = $ %ρ1
∆ # : Chute de tension en volt
(
cos - + λ L sin - 3 45
)
$ : Coefficient pour circuit triphasé b=1 et b=2 pour circuit monophasé
ρ1: Résistivité du conducteur
ρ1 = 0,0225 Ω mm²/ pour le cuivre
ρ1 = 0,035 Ω mm²/ pour l’aluminium
( : Longueur de la canalisation en mètre
S : Section des conducteurs en mm²
cos - : Facteur de puissance, en l’absence d’indication précise, on prend cos - = 0,8 (sin - = 0,6)
45 : Courant maximal d’emploi en ampère
λ
étant la réactance linéique des conducteurs, prise égale, en l'absence d'autres indications, à
0,08 mΩ /m (Norme NF C 15-100 p. 221).
30
Chapitre 1
8.4 Application (Calcul de la chute de tension)
Dans notre mise en situation ci-devant (Étude de cas n0 2), nous avons déterminé In= IB= 41,17 A
et 6 mm² pour la section de la canalisation.
Appliquons la formule pour trouver la chute de tension.
∆ # = $ %ρ1
∆ ;= 1 <=, =
>
??
?
@
=
A
(
cos - + λ L sin - 3 45
)
B =, C + =, =D B =E
∆ ; = (0,03375 + 0,000345) x 54,9 x 6
F
G
H = H =,
A IH
,C B A
∆ # = 11,2 Volts
∆ ;/∆ J = 11,2/ 400 x100 = 2,8 %
Note : Nous avons multiplié IB par 6 car le courant de démarrage du moteur est environ 6 fois le
courant de marche.
La chute de tension de 2,8 % est acceptable. (Voir tableau suivant extrait de la norme NF C 15-100).
Figure 28
31
Figure 29 - Chute de tension ΔU en volts par ampère et par km dans un circuit
Section du conducteur de protection PE
En utilisant la méthode simplifiée, notre conducteur PE sera donc de 10 mm².
Repérage des conducteurs
Tel que décrit à la section 6.5, le conducteur PE doit être vert/jaune, les conducteurs de phase
peuvent être repérés par toute couleur à l’exception des couleurs : vert/jaune, vert, jaune, bleu clair.
Article 514.3.1 (NF C)
Dans le cas des circuits triphasés, l’utilisation des couleurs des conducteurs de phase doit être de
préférence :
- phase 1 (L1) : couleur Brun;
- phase 2 (L2) : couleur Noir;
- phase 3 (L3) : couleur Gris.
32
Chapitre 1
De façon pratique (sans utiliser la formule), on peut déterminer la chute de tension en utilisant le
tableau suivant (Re : Guide d’installation électrique de Schneider).
Dans la mise en situation qui suit, la charge est protégée par un disjoncteur triphasé
Données
Puissance de la charge 40 Kw, Rendement = 0.8, Fp = cos φ = 0,85
3 câbles monoconducteurs : 3 conducteurs chargés (Isolation PVC)
Température ambiante : 30 °C
Mode de pose des câbles monoconducteurs : Sur des tablettes perforées en parcours horizontal et
vertical
La longueur de la canalisation : 15 m (côté charge du disjoncteur au moteur)
Figure 30
33
Chapitre 1
9. Mises en situation n0 3
Chapitre 1
Déterminer pour la canalisation comprise entre le disjoncteur triphasé et la charge
a) La section mm² de la canalisation
b) La chute de tension en %
c) La section du conducteur de protection PE
d) Le réglage du disjoncteur qui protège la charge
e) La couleur des conducteurs chargés
Montrer votre solution et vos calculs
34
Chapitre 2
MODIFICATION À L’INSTALLATION ET AU FONCTIONNEMENT D’UN
ÉQUIPEMENT ÉLECTRIQUE INDUSTRIEL
35
Ce chapitre vous permettra de réinvestir et de renforcer vos connaissances et habiletés que vous
avez acquises lors de la réalisation des activités d’apprentissage qui adressaient plus particulièrement
la compétence n0 9 relative aux moteurs et leurs circuits de commande. Afin d’aller plus loin, vous
verrez comment modifier et ou améliorer les différents types de circuit.
2. Modification à un circuit Départ moteur
2.1 Départ moteur avec une station à boutons poussoirs
Figure 31
36
Chapitre 2
1. Introduction
Chapitre 2
2.1.1 Diagramme schématique et schéma de raccordement – 1 station
PB2
15
K1
PB1
10
11
10
11
RS
K1
Schéma de raccordement
Figure 32
Rappel de vos connaissances antérieures
Associer correctement les composants du diagramme schématique avec ceux illustrés sur le schéma
de raccordement. Commenter et expliquer à vos collègues et à votre formateur.
37
Chapitre 2
2.2 Départ moteur avec deux stations à boutons poussoirs
D
M
Figure 33
Une deuxième station à boutons poussoirs a été ajoutée à l’installation montrée à la figure 34.
Réaliser le diagramme schématique et le schéma de raccordement, comparer à la figure suivante.
Commenter le schéma.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
38
Chapitre 2
2.2.1 Diagramme schématique et schéma de raccordement – 2 stations
PB3
PB1
k1
PB2
PB4
RS
k1
Figure 34
39
Les moteurs ont souvent besoin de grandes quantités d'énergie lorsqu'ils accélèrent rapidement à
pleine vitesse. Les démarreurs progressifs et les entraînements à fréquence variable peuvent tous
deux être utilisés pour réduire les courants d'appel et limiter le couple; ils protègent votre précieux
équipement et prolongent la durée de vie de votre moteur en réduisant l'échauffement du moteur
causé par des démarrages et des arrêts fréquents.
Le choix entre un démarreur progressif et un entraînement à fréquence variable dépend souvent de
l'application, des exigences du système et du coût (tant pour le démarrage initial que pendant le
cycle de vie du système).
3.1 Distinction entre un entrainement à fréquence variable et un démarreur progressif
Entraînements à fréquence variable
Un entraînement à fréquence variable (EFV) est un dispositif de commande de moteur qui protège et
contrôle la vitesse d'un moteur à induction à CA.
Un EFV peut contrôler la vitesse du moteur pendant le cycle de démarrage et d'arrêt, ainsi que
pendant tout le cycle de fonctionnement.
Les EFV sont également appelés « variateurs de fréquence » (VF).
Démarreurs progressifs
Un démarreur progressif est un dispositif à semiconducteurs qui protège les moteurs électriques à CA
contre les dommages causés par des afflux soudains d'alimentation en limitant l'important courant
d'appel initial associé au démarrage du moteur.
Ils atteignent progressivement la vitesse maximale et ne sont utilisés qu'au démarrage (et à l'arrêt, si
le véhicule en est équipé). L'augmentation de la tension initiale du moteur produit ce démarrage
progressif.
Les démarreurs progressifs sont également connus sous le nom de démarreurs progressifs à tension.
Applications de l'entraînement à fréquence variable
Les EFV sont utilisés dans les applications suivantes :
• Un contrôle complet de la vitesse est nécessaire;
• Les économies d'énergie sont un objectif;
• Un contrôle personnalisé est nécessaire.
Applications des démarreurs progressifs
Les démarreurs progressifs sont utilisés dans les applications suivantes :
• Le contrôle de la vitesse et du couple n'est requis que lors du démarrage (et de l'arrêt si le
véhicule est équipé d'un arrêt progressif);
• Il convient de réduire les courants d'appel de démarrage importants associés à un gros moteur;
• Le système mécanique nécessite un démarrage en douceur pour soulager les pics de couple et
la tension associés au démarrage normal (par exemple, les convoyeurs, les systèmes à
courroie, les engrenages, etc.);
• Les pompes sont utilisées pour éliminer les surpressions causées dans les systèmes de
tuyauterie lorsque le fluide change rapidement de direction.
40
Chapitre 2
3. Choisir entre un démarreur progressif et un entraînement à fréquence variable (Source
Eaton)
Les EFV convertissent la puissance d'entrée en une source de fréquence et de tension ajustable pour
contrôler la vitesse des moteurs à induction à CA. La fréquence de la puissance appliquée à un
moteur à CA détermine la vitesse du moteur selon l'équation suivante :
N = 120 x f x p
N = vitesse (rpm)
f = fréquence (Hz)
p = nombre de pôles du moteur
Par exemple, un moteur à quatre pôles fonctionne à 60 Hz. Ces valeurs peuvent être insérées dans la
formule pour calculer la vitesse :
N = 120 x 60 x 4
N = 1 800 (rpm)
•
•
•
•
•
Alimentation en CA : Provient du réseau électrique de l'installation (généralement 480 V, 60 Hz
CA).
Redresseur : Convertit le CA du réseau en CC.
Filtre et bus à CC : Fonctionnent ensemble pour assurer le bon fonctionnement du CC redressé
et fournir un CC propre et à faible ondulation à l'onduleur.
Onduleur : Utilise le CC provenant du bus à CC et du filtre pour inverser une sortie qui
ressemble à un CA sinusoïdal en utilisant une technique de modulation de largeur d'impulsion
(MID).
Modulation de largeur d'impulsion : Commute les semiconducteurs de l'onduleur selon des
largeurs et des durées variables qui, lorsqu'on en fait la moyenne, créent une forme d'onde
sinusoïdale.
3.3 Fonctionnement d’un démarreur progressif
Les démarreurs progressifs électriques réduisent temporairement la tension ou le courant d'entrée
en diminuant le couple. Certains démarreurs progressifs peuvent utiliser des dispositifs à
semiconducteurs pour aider à contrôler le débit du courant. Ils peuvent contrôler une à trois phases,
la commande triphasée donnant généralement de meilleurs résultats.
La plupart des démarreurs progressifs utilisent une gamme de thyristors ou de redresseurs contrôlés
par silicium (SCR) pour réduire la tension. Dans l'état normal ARRÊT, les SCR limitent le courant, mais
dans l'état normal MARCHE, les SCR autorisent le courant. Les SCR sont engagés pendant la montée
en puissance et les contacteurs de dérivation sont tirés dès que la vitesse maximale est atteinte. Cela
permet de réduire considérablement l'échauffement des moteurs.
3.4 Avantages du choix d'un EFV
•
•
•
•
•
•
•
Économies d'énergie
Réduit les pics de demande d'énergie
Réduit la puissance lorsqu'elle n'est pas nécessaire
Vitesse entièrement réglable (pompes, convoyeurs et ventilateurs)
Démarrage, arrêt et accélération contrôlés
Contrôle dynamique du couple
Permet un mouvement fluide pour des applications comme les ascenseurs et les escaliers
roulants
41
Chapitre 2
3.2 Fonctionnement d’un entrainement à fréquence variable
•
•
•
•
•
•
•
Maintient la vitesse de l’équipement, ce qui rend les entraînements idéaux pour l’équipement
de fabrication et l’équipement industriel comme les mélangeurs, les broyeurs et les
concasseurs
Polyvalence
Autodiagnostics et communications
Protection avancée contre les surcharges
Fonctionnalités de type PLC et programmation de logiciels
Entrées/sorties numériques (EN/SN)
Entrées/sorties analogiques (EA/SA)
Sorties à relais
Économies d'énergie
Les EFV offrent les plus grandes économies d'énergie pour les ventilateurs et les pompes. La méthode
du débit réglable modifie la courbe de débit et réduit considérablement les besoins en énergie.
L’équipement centrifuge (ventilateurs, pompes et compresseurs) suit un ensemble général de lois
d'affinité de vitesse. Les lois d'affinité définissent la relation entre la vitesse et un ensemble de
variables :
• Débit
• Pression
• Puissance
Selon les lois d'affinité, le débit varie linéairement avec la vitesse, tandis que la pression est
proportionnelle au carré de la vitesse. La puissance nécessaire est proportionnelle au cube de la
vitesse. Ce dernier point est le plus important, car si la vitesse du moteur baisse, la puissance diminue
de façon proportionnelle au cube.
3.5 Avantages du choix d'un démarreur progressif
Les démarreurs progressifs sont souvent le choix le plus économique pour les applications qui
nécessitent un contrôle de la vitesse et du couple uniquement au démarrage du moteur. De plus, ils
sont souvent la solution idéale pour les applications où l'espace est un problème, car ils prennent
généralement moins de place que les entraînements à fréquence variable.
3.6 Choix du matériel adapté aux besoins
Le choix d'un démarreur progressif ou d'un entraînement à fréquence variable dépend souvent de
votre application. Les démarreurs progressifs sont plus petits et moins chers que les EFV pour les
applications de grande puissance. Les EFV plus volumineux prennent plus de place et sont
généralement plus chers que les démarreurs progressifs.
Cela dit, si un EFV est souvent plus cher au départ, il peut permettre des économies d'énergie allant
jusqu'à 50 %, ce qui permet de réaliser davantage d'économies sur la durée de vie de l'équipement.
Le contrôle de la vitesse est un autre avantage de l'EFV, car il offre un temps d'accélération constant
tout au long du cycle de fonctionnement du moteur et pas seulement au démarrage. Les EFV peuvent
également offrir des fonctionnalités plus robustes que les démarreurs progressifs, notamment des
informations de diagnostic numériques.
Il est important de noter qu'un EFV peut initialement coûter deux à trois fois plus cher qu'un
démarreur progressif. Par conséquent, si une accélération et un contrôle du couple constants ne sont
pas nécessaires, et que votre application nécessite une limitation du courant uniquement au
démarrage, un démarreur progressif peut être une meilleure solution du point de vue des coûts.
42
Chapitre 2
•
4.1 Valeur des courants et des tensions – Raccordement étoile
Démarrage complété
Pendant le démarrage
Figure 35
Figure 36
La figure 35 montre les valeurs de courant et de tensions si les enroulements du moteur sont
raccordés en étoile.
Commenter ces valeurs
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
43
Chapitre 2
4. Mise en situation pour le remplacement d’un démarreur Étoile-Triangle à remplacer
Chapitre 2
4.2 Valeur des courants et des tensions – Raccordement triangle
Démarrage complété
Pendant le démarrage
Figure 37
Figure 38
La figure 37 montre les valeurs de courant et de tensions si les enroulements du moteur sont
raccordés en étoile.
Commenter ces valeurs
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
44
Chapitre 2
4.3 Schéma de commande et de puissance d’un Démarreur Étoile-Triangle
11
415 V
8
30 A
FS2
9
415 V
3
20 A
32
K1
S1
2
K3
1
240 V
5A
K2
1
S0
5
K2
5
40 A
GR
4
TO
10 sec
MOTEUR
TDE
K1
32
K3
32
32
T4
32
T6
RS
K1
10
T5
4
K2
K3
GR
7
7
T3
7
TDE
6
T1
T2
32
0 tr/min
K1
32
RS
32
Figure 39
Analyse du fonctionnement
Analyser le schéma, commenter le fonctionnement et les valeurs obtenues (Figures 40 et 41) pendant et après le démarrage.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________
45
Chapitre 2
4.3.1 Pendant la période de démarrage
Figure 40
46
Chapitre 2
4.3.2 Période de démarrage complétée
Figure 41
47
Dans les sections précédentes, nous avons rappelé que certains procédés de démarrage permettent
de limiter l’énergie appelée au réseau et de diminuer les contraintes sur l’installation. Nous avons
aussi traité les différents aspects qui nous permettent de choisir entre un démarreur progressif et un
variateur de vitesse électronique.
Cette section couvrira le démarreur électronique (fonctionnement, applications, schémas de câblage,
etc.).
4.4.1 Rappel sur le principe de fonctionnement et schéma simplifié
Figure 42
Figure 43
48
Chapitre 2
4.4 Remplacement d’un démarreur étoile-triangle par un démarreur progressif (démarreur
électronique « Soft Start »)
Chapitre 2
Figure 44
4.5 Démarreur progressif Altistart (Re : Guide Schneider)
Le démarreur progressif Altistart 01 est soit un limiteur de couple au démarrage, soit un démarreurralentisseur progressif pour les moteurs asynchrones.
L’utilisation de l’Altistart 01 améliore les performances de démarrage des moteurs asynchrones en
permettant un démarrage progressif sans à-coup et contrôlé. Son utilisation permet la suppression
des chocs mécaniques cause d’usure, d’entretien et de temps d’arrêt de production.
L’altistart 01 limite le couple de décollage et les pointes de courant au démarrage, sur des machines
pour lesquelles un couple de démarrage élevé n’est pas nécessaire.
Il est destiné aux applications simples suivantes :
Il est destiné aux applications simples suivantes :
convoyeurs,
tapis transporteurs,
pompe,
ventilateurs,
compresseurs,
portes automatiques,
petits portiques,
machines à courroies...
49
Les démarreurs progressifs Altistart 01 (ATS 01N1…) sont équipés :
d’un potentiomètre de réglage du temps de démarrage;
d’un potentiomètre pour ajuster le seuil de tension de démarrage en fonction de la charge du
moteur;
de 2 entrées :
- 1 entrée 24V (CC, CA) ou 1 entrée à 110…240 V CA pour l’alimentation du contrôle
qui permet la commande du moteur.
Les démarreurs-ralentisseurs progressifs Altistart 01 (ATS 01N2…) sont équipés :
d’un potentiomètre de réglage du temps de démarrage;
d’un potentiomètre de réglage 8 du temps de ralentissement;
d’un potentiomètre pour ajuster le seuil de tension de démarrage en fonction de la charge du
moteur;
d’une DEL verte de signalisation : produit sous tension;
d’une DEL jaune de signalisation : moteur alimenté à la tension nominale;
et d’un connecteur :
- 2 entrées logiques pour les ordres de Marche/Arrêt;
- 1 entrée logique pour la fonction BOOST;
- 1 sortie logique pour signaler la fin du démarrage;
- 1 sortie à relais pour signaler un défaut d’alimentation du démarreur ou l’arrêt du
moteur en fin de ralentissement.
50
Chapitre 2
4.5.1 Description
Chapitre 2
4.5.2 Schémas de raccordement (Exemples) de démarreurs progressifs Altistart
Figure 45
51
Chapitre 2
Figure 46
4.5.3 Commande d’un démarreur progressif (sans contacteur)
Figure 47
52
Chapitre 2
4.5.4 Démarreur-ralentisseur progressif
Figure 48
Figure 49
53
Votre bon de travail consiste à choisir et à installer un démarreur progressif (démarreur électronique)
pour remplacer le démarreur étoile-triangle (vieillissant) utilisé dans l’usine pour démarrer un
moteur asynchrone – 4 pôles - de 15 KW alimenté par le réseau triphasé de 400 volts à 50 Hertz. Ce
moteur entraîne un convoyeur. La station existante à boutons poussoirs Départ-Arrêt sera réutilisée.
La période de démarrage devra être ajustable de 1 seconde à 8 secondes à l’aide d’un potentiomètre.
On désire aussi vouloir ajuster le couple de décollage entre 30 % et 80 % du couple de démarrage du
moteur en direct sur le réseau (à pleine tension).
a) Sélectionner le démarreur progressif qui répond aux besoins décrits ci-dessus.
b) Tracer le schéma de câblage approprié
Note : Référer au catalogue de « Démarreurs progressifs Alitstart » dans le dossier de fichiers
numériques qui accompagne ce guide.
Solution
Comparer votre solution avec celle donnée dans les pages suivantes.
54
Chapitre 2
4.6 Information sur le travail à effectuer
Chapitre 2
Figure 50
Le démarreur ATS 01N232QN fonctionne sous tension triphasée de 380 V à 415 V à une fréquence de
50/60 Hz et est de calibre approprié pour un moteur de 15KW.
Figure 51
55
Chapitre 2
Figure 52
4.6.1 Deuxième mise en situation
Le schéma de câblage illustré à la figure 52 a été sélectionné comme montage pour l’entrainement
d’un tapis roulant entrainé par un moteur asynchrone de 20 HP fonctionnant à 440 Volts 3 phases50 Hz. La période de démarrage ainsi que la période de ralentissement doivent être ajustables de 1 à
10 secondes par le potentiomètre à cette fin sur le démarreur progressif.
a) Déterminer le démarreur progressif à utiliser, écrire le no du modèle choisi ainsi que ses
caractéristiques.
N0 :
Caractéristiques :
56
S3
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________
S1
_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________
5. Variateurs de vitesse (Source Schneider)
5.1 Rappels : Les principales fonctions des démarreurs et des variateurs de vitesse
électroniques
Accélération contrôlée
La mise en vitesse du moteur est contrôlée au moyen d’une rampe d’accélération linéaire ou en
« S ». Cette rampe est généralement réglable et permet par conséquent de choisir le temps de mise
en vitesse approprié à l’application.
Variation de vitesse
Un variateur de vitesse peut ne pas être en même temps régulateur. Dans ce cas, c’est un système,
rudimentaire, qui possède une commande élaborée à partir des grandeurs électriques du moteur
avec amplification de puissance, mais sans boucle de retour : il est dit « en boucle ouverte ».
La vitesse du moteur est définie par une grandeur d’entrée (tension ou courant) appelée consigne ou
référence. Pour une valeur donnée de la consigne, cette vitesse peut varier en fonction des
perturbations (variations de la tension d’alimentation, de la charge, de la température).
La plage de vitesse s’exprime en fonction de la vitesse nominale.
Régulation de vitesse
Un régulateur de vitesse est un variateur asservi (figure 53). Il possède un système de commande
avec amplification de puissance et une boucle de retour : il est dit « en boucle fermée ». Le schéma
ci-dessous illustre le principe de la régulation de vitesse.
57
Chapitre 2
b) Décrire le comportement du circuit (Figure 52) lorsqu’on appuie sur le bouton poussoir :
S2
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Chapitre 2
Figure 53
La vitesse du moteur est définie par une consigne. La valeur de la consigne est en permanence
comparée à un signal de retour, image de la vitesse du moteur. Ce signal est délivré par une
génératrice tachymétrique ou un générateur d’impulsions monté en bout d’arbre du moteur.
Si un écart est détecté suite à une variation de la vitesse, les grandeurs appliquées au moteur
(tension et / ou fréquence) sont automatiquement corrigées de façon à ramener la vitesse à sa valeur
initiale.
Grâce à la régulation, la vitesse est pratiquement insensible aux perturbations. La précision d’un
régulateur est généralement exprimée en % de la valeur nominale de la grandeur à réguler.
Décélération contrôlée
Quand un moteur est mis hors tension, sa décélération est due uniquement au couple résistant de la
machine (décélération naturelle). Les démarreurs et variateurs électroniques permettent de
contrôler la décélération au moyen d’une rampe linéaire ou en « S », généralement indépendante de
la rampe d’accélération.
Cette rampe peut être réglée de manière à obtenir un temps de passage de la vitesse en régime
établi à une vitesse intermédiaire ou nulle :
Si la décélération désirée est plus rapide que la décélération naturelle, le moteur doit
développer un couple résistant qui vient s’additionner au couple résistant de la machine, on
parle alors de freinage électrique qui peut s’effectuer soit par renvoi d’énergie au réseau
d’alimentation, soit par dissipation dans une résistance de freinage.
Si la décélération désirée est plus lente que la décélération naturelle, le moteur doit
développer un couple moteur supérieur au couple résistant de la machine et continuer à
entraîner la charge jusqu’à l’arrêt.
Inversion du sens de marche
La majorité des variateurs actuels permettent cette fonction en standard. L’inversion de l’ordre des
phases d’alimentation du moteur est réalisée automatiquement soit par inversion de la consigne à
l’entrée, soit par un ordre logique sur une borne, soit par une information transmise par une
connexion réseau.
58
Ce freinage consiste à arrêter un moteur sans pour autant contrôler la rampe de ralentissement.
Pour les démarreurs et variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones, ceci est réalisé de manière
économique en injectant du courant continu dans le moteur avec un fonctionnement particulier de
l’étage de puissance. Toute l’énergie mécanique est dissipée dans le rotor de la machine et, de ce
fait, ce freinage ne peut être qu’intermittent. Sur un variateur pour moteur à courant continu, cette
fonction sera assurée en connectant une résistance aux bornes de l’induit.
Protections intégrées
Les variateurs modernes assurent en général la protection thermique des moteurs et leur propre
protection. À partir de la mesure du courant et d’une information sur la vitesse (si la ventilation du
moteur dépend de sa vitesse de rotation), un microprocesseur calcule l’élévation de température du
moteur et fournit un signal d’alarme ou de déclenchement en cas d’échauffement excessif. Les
variateurs, et notamment les convertisseurs de fréquence, sont d’autre part fréquemment équipés
de protections contre :
- les court-circuits entre phases et entre phase et terre,
- les surtensions et les chutes de tension,
- les déséquilibres de phases,
- la marche en monophasé.
5.2 Structure générale d’un variateur de vitesse électronique
Figure 54
Le choix d’un variateur de vitesse étant intimement lié à la nature de la charge entraînée et aux
performances visées, toute définition et recherche d’un variateur de vitesse doivent passer par une
analyse des exigences fonctionnelles de l’équipement puis des performances requises pour le moteur
lui-même. La documentation des fournisseurs de variateurs de vitesse fait également abondamment
mention de couple constant, couple variable, puissance constante, contrôle vectoriel de flux,
variateur réversible… Ces désignations caractérisent toutes les données nécessaires pour retenir le
type de variateur le plus adapté. Un choix incorrect de variateur peut conduire à un fonctionnement
décevant. De même, il faut tenir compte de la gamme de vitesse souhaitée pour choisir
convenablement l’association moteur / variateur.
59
Chapitre 2
Freinage d’arrêt
Les protections usuelles contre les surintensités (disjoncteurs ou fusibles) sont principalement
prévues pour intervenir dans deux cas : c Afin de protéger une installation contre tout risque de
court-circuit. Afin d’éviter les risques dus à la surcharge d’un circuit ou à un courant d’exploitation
dépassant les capacités des conducteurs (jeux de barres et câbles) et des appareils de commande et
de protection. La technologie des variateurs de vitesse permet d’assurer électroniquement certaines
de ces fonctions.
5.3 Protections intégrées aux variateurs
Protection de surcharge moteur
Les variateurs modernes assurent la protection du moteur contre les surcharges : c par une limitation
instantanée du courant efficace à 1,5 fois le courant nominal environ, c par un calcul permanent du
I2t, avec prise en compte de la vitesse (la plupart des moteurs étant auto-ventilés, le refroidissement
est moins efficace à basse vitesse). A noter que lorsqu’un départ n’alimente qu’un moteur et son
variateur, cette protection de surcharge du moteur assure simultanément la protection de surcharge
de l’ensemble appareillage et câblage.
Protection contre les court-circuits moteurs ou ligne en aval du variateur
En cas de court-circuit entre phases en sortie de variateur (aux bornes du moteur ou à un endroit
quelconque de la ligne entre le variateur et le moteur), la surintensité est détectée au sein du
variateur et un ordre de blocage est envoyé très rapidement aux IGBT. Le courant de court-circuit
(figure 55) est interrompu en quelques microsecondes, ce qui assure la protection du variateur. Ce
courant très bref est essentiellement fourni par le condensateur de filtrage associé au redresseur, et
est donc indiscernable dans la ligne d’alimentation.
Autres protections intégrées aux variateurs
Les variateurs disposent d’autres fonctions d’autoprotection contre :
- les surchauffes de leurs composants électroniques pouvant entraîner leur destruction. Un capteur
placé sur le dissipateur thermique provoque l’arrêt du variateur, lorsque la température dépasse un
certain seuil;
Figure 55 - (Court-circuit en aval du variateur)
60
Chapitre 2
Protections contre les surintensités
Action des protections intégrées
Elles provoquent toutes, en cas de défaut, le verrouillage du variateur et l’arrêt du moteur en « roue
libre ». La coupure de l’alimentation est alors assurée par le contacteur de ligne dont l’ouverture est
commandée par un relais intégré au variateur.
5.4 Protections extérieures aux variateurs
En plus des nécessités exposées précédemment, ces protections contre les surintensités sont aussi
prévues pour intervenir en cas de défaut interne au variateur (destruction du pont redresseur par
exemple) : le dispositif de protection de la ligne assure la coupure du courant de défaut.
Note : Bien que ce dispositif ne puisse pas normalement protéger les composants du variateur, son
ouverture automatique limite les conséquences de tels défauts.
Emplacements des dispositifs
Toutes ces protections sont définies pour un circuit qui le plus fréquemment se présente selon la
figure 56 :
- avec, à l’origine du circuit, une protection individuelle contre les surintensités souvent associée à un
contacteur;
- sans dispositif de coupure à l’aval du variateur. Sur cette figure sont précisées les fonctions
attachées aux différents appareils (disjoncteur, contacteur et variateur).
Schéma préconisé pour la protection contre les surintensités
Figure 56
61
Chapitre 2
- les creux de tension du réseau : cette protection est nécessaire pour éviter tout dysfonctionnement
des circuits de contrôle et du moteur, ainsi que toute surintensité dangereuse lorsque la tension
réseau reprend sa valeur normale;
- les surtensions à fréquence industrielle du réseau : il s’agit d’éviter les destructions éventuelles de
leurs composants;
- la coupure d’une phase (pour les variateurs triphasés) : car l’alimentation en monophasé qui se
substitue à l’alimentation en triphasé provoque une augmentation du courant absorbé.
- aucun dommage ni déréglage n’est admis;
- l’isolement doit être conservé;
- le départ-moteur doit être en mesure de fonctionner après suppression du court-circuit;
- le risque de soudure des contacts du contacteur est admis si ceux-ci peuvent être facilement
séparés.
S’il y a risque de court-circuit en amont du variateur, pour assurer la coordination de type 2, il est
nécessaire de se reporter aux tables de coordination fournies par les constructeurs des protections
placées en amont.
Note : Avec un variateur, il n’y a pas de pointe de courant à la mise sous tension, donc aucune
contrainte particulière n’est appliquée au dispositif de protection. Le calcul du calibre des
disjoncteurs et des contacteurs Il est déterminé en fonction du courant ligne absorbé par le variateur.
Celui-ci est calculé à partir :
- de la puissance mécanique nominale du moteur;
- de la tension nominale d’alimentation;
- du rendement du moteur et du variateur;
- d’une surcharge permanente admissible de 1,1 Cn en couple constant et de 1,05 Cn en couple
variable;
- des harmoniques, le courant n’étant pas sinusoïdal.
La valeur efficace du courant, en fonction du taux de distorsion, est obtenue par la formule :
Le courant fondamental I1 étant pratiquement en phase avec la tension, la valeur typique du courant
absorbé par le variateur, lorsqu’il alimente un moteur fonctionnant à son point nominal (application
à couple constant), se calcule par la formule :
Exemple :
Puissance moteur : 15 kW
Tension réseau : 400 V
ηmot : 0,95
ηvar : 0,97
d’où : Irms = 27,9 A
62
Chapitre 2
Ces associations (disjoncteur, contacteur et variateur) proposées par les constructeurs sont
dénommées « départs-moteurs ». Du fait des protections intégrées aux variateurs, ces associations
assurent naturellement une coordination de type 2 dans le cas de court-circuit en aval du variateur.
« Coordination de type 2 » signifie qu’en cas de court-circuit :
La figure 57 et la figure 58 représentent des schémas de câblage général donné par les constructeurs.
SCHÉMA DE CÂBLAGE GÉNÉRAL
ATV312 0.M3/N4/S6
Alimentation
triphasée
(1)
AOC
LI6
24V
AOV
AI3
AI2
LI5
LI4
LI3
X-Y
(3)
M
3ph
Potentiomètre
de référence
Résistance de freinage
Le cas échéant
(1)
COM
LI2
AI1
LI1
+10
CLI
R2C
PC/-
R2A
PB
R1B
PA/+
R1C
PO
R1A
T/L3
W/T3
S/L2
V/T2
U/T1
R/L1
(2)
0-10V
Inductance de ligne, le cas échéant
(2)
Contacts de relais d’état, pour signalisation à distance de l’état du variateur
(3)
Si une résistance de freinage est raccordée, attribuer au paramètre(Adap.rampe déc) la valeurt
(Non) (nO) . Référer au guide de programmation
Figure 57
Figure 58
63
Chapitre 2
5.5 Schémas de câblage général
La figure 59 nous montre un schéma pour la mise en œuvre d’un variateur. Un disjoncteur
magnétique protège les lignes d’alimentation. Lorsque la bobine du contacteur K1 est énergisée, la
tension est appliquée aux bornes d’entrée de puissance du variateur. Si l’entrée logique LI1 est
active, le variateur mettra le moteur en marche. Le contact d’état entre les bornes R1A et R1C se
ferme, s’il n’y a pas de défaut, et maintient la bobine K1 alimentée.
Noter que nous n’avons pas placé de relais de surcharge thermique sur les conducteurs
d’alimentation du moteur puisque le variateur de vitesse intègre ce type de protection.
K1
GR
K1
K1
7
Figure 59
64
Chapitre 2
5.6 Mise en œuvre d’un variateur
Remplacement d’un moteur à courant continu et ses dispositifs de commande par un moteur à
courant alternatif et ses dispositifs de commande.
6.1 État de la situation
Dans l’entreprise de sidérurgie « Dosco steel », un moteur à courant continu (un peu vétuste) est
utilisé avec un dispositif mécanique pour façonner les barres de métal. La vitesse du moteur à
courant continu est variée par l’opérateur en agissant sur un rhéostat de champ relié en série avec
l’enroulement shunt. Il s’agit d’un moteur shunt de 7,5 HP, 1500 RPM, alimenté par une source de
tension continue de 220 Volts cc. Le démarrage du moteur se fait à tension réduite, des résistances
sont insérées en série avec l’armature pendant la période de démarrage.
Le moteur à courant continu actuellement installé présente plusieurs inconvénients :
1. L’entretien de ce moteur et la réparation ainsi que l’achat des pièces sont très couteuses par
rapport à un moteur à courant alternatif;
2. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus la pression des balais doit augmenter pour rester en
contact avec le collecteur donc plus le frottement est important alors les balais doivent donc être
remplacés très régulièrement;
3. Le collecteur imposant des ruptures de contact provoque des arcs, qui usent rapidement le
commutateur et génèrent des parasites dans le circuit d'alimentation;
4. Le moteur est devenu vétuste puisqu’il est installé depuis 1981.
6.2 Décisions
Comme suite aux constats et aux inconvénients énumérés ci-dessus, on décide de remplacer ce
moteur à courant continu par un moteur à courant alternatif accompagné d’un variateur de
fréquence qui permettra en plus de la variation de vitesse un démarrage en « douceur ».
Figure 60
65
Chapitre 2
6. Étude de cas (Mise en situation)
Afin de maintenir la même puissance pour le façonnage des barres de métal, nous choisissons un
moteur asynchrone, 4 pôles, 400 Volts, 3 phases, 50 Hertz. Les autres caractéristiques (type de
service, indice de protection, classe d’isolation, etc.) du moteur sélectionné devront respecter celles
du moteur existant. Le réseau de 400 volts triphasé est disponible dans l’usine.
Note : Les caractéristiques des moteurs, l’interprétation d’un fiche signalétique dont traitées dans le
module 9 du programme TEI.
Le tableau suivant (Altivar de Schneider) nous montre que le variateur ATV312HU75N4 répond à nos
besoins.
La figure 50 montre le schéma de câblage général pour ce variateur et la figure 61 ci-après montre le
schéma pour répondre à notre mise en situation.
Remarquer aussi à la figure 61 le tableau montrant les différents paramètres auxquels on peut
assigner des valeurs. Même si on peut assigner des valeurs aux paramètres par l’intermédiaire de
l’interface directement sur le variateur, il est généralement plus convivial de le faire par
l’intermédiaire d’un logiciel à cet effet et transférer ensuite les informations dans l’appareil.
Note : Il faut toujours référer au manuel du fabricant pour l’installation, les raccordements et la
programmation.
66
Chapitre 2
6.3 Choix du moteur et du variateur
Chapitre 2
K1
GR
K1
K1
7
Figure 61
67
Référant au tableau des caractéristiques de différents variateurs montré à la section 6.3, quel n0 de
variateur devrez-vous sélectionner pour contrôler le fonctionnement d’un moteur asynchrone
triphasé 4 pôles de 4 Kw qui fonctionne à une tension nominale de 400 volts, 50 Hertz?
1- Monter la modification que vous apporterez au schéma de la figure 71 pour faire en sorte qu’un
bouton poussoir PB3 relié au bornier commande la marche avant du moteur et un autre bouton
poussoir PB4 aussi relié au bornier de l’Altivar commande la marche arrière du moteur.
Note : La configuration en usine n’a pas été modifiée, aussi :
LI1= Marche avant
LI2= Marche arrière
2- Quel paramètre parmi ceux montrés à la figure 61 devrez- vous modifier afin
a) d’augmenter le temps d’accélération du moteur? ___________
b) de limiter la vitesse maximum du moteur? _________________
68
Chapitre 2
6.4 Exercice d’application
Chapitre 3
MODIFICATION DU FONCTIONNEMENT D’AUTOMATISMES
(LOGIQUE CÂBLÉE ET API)
69
Ce chapitre vous permettra de réinvestir et de renforcer vos connaissances et habiletés que vous
avez acquises lors de la réalisation des activités d’apprentissage qui adressaient plus particulièrement
les compétences :
N°15 : Programmer un automate
N°16 : Dépanner un système automatisé
2. Schémas de commande d’un vérin
2.1 Schéma Ladder pour la commande d’un vérin par 2 boutons poussoirs
PB1
a0
Extension
PB2
a1
Rétraction
a1
a0
Extens ion
Retraction
Figure 62
Fonctionnement : (Appel à vos connaissances antérieures)
1- Que se passe-il lorsqu’on presse momentanément PB1?
__________________________________________________________________________
2- Que se passe-il lorsqu’on presse momentanément PB2?
___________________________________________________________________________
3- En quoi consistent les symboles désignés par a0 et a1?
___________________________________________________________________________
70
Chapitre 3
1. Introduction
a0
a1
PB1
PB2
Extens ion
Retraction
Transitions dans le Grafcet ci-contre
1-1PBNO1.PB1= Correspond à PB1
1-1PBNO2.PB2= Correspond à PB2
AND = fonction logique ET »
1-1S1.a0= correspond au détecteur a0
1-1S2.a1= correspond au détecteur a1
Aussi, la transition
« 1-1PBNO1.PB1 AND 1-1S1.a0 » devient
« Vraie » ou égale à 1 lorsque PB1 est
actionnée ET lorsque a0 est actif.
Figure 63
Commenter le fonctionnement
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
71
Chapitre 3
2.2 Grafcet pour la commande d’un vérin par 2 boutons poussoirs
Chapitre 3
2.3 Grafcet de commande d’un vérin avec temporisation
PB2
PB1
a0
Extens ion
a1
Retraction
Figure 64
Transition 3: PB2 AND TON/X3.X/#10s/
Signification : Cette transition 3 deviendra vraie si PB 2 est actionné et si l’étape 3 est active depuis
10 secondes.
Expliquer le fonctionnement du circuit :
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
72
PB1
a0
Extension
a1
Relais
Temporisé
PB2
TDE
TDE
TF
Temps pour fermeture
Rétraction
a1
a0
Extens ion
Retraction
Figure 65
Note : TDE = Relais temporisé à l’alimentation (délai positif ou « on delay ». son contact TF se
fermera si la bobine du relais TDE est alimentée depuis un certain temps (exemple depuis 10 sec.).
a) Expliquer le fonctionnement du circuit
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
b) Ce circuit donne-t-il le même comportement du vérin que le circuit de la figure 64 ?
__________________________
c) Sinon, apporter les modifications requises pour obtenir le même fonctionnement que celui
de la figure 64 de la page précédente.
73
Chapitre 3
2.4 Schéma Ladder - Circuit d’un vérin commandé par 2 boutons poussoirs et temporisation
Chapitre 3
2.5 Vérin commandé par 2 boutons poussoirs et temporisation – Commande par API
RUNG1
PB1
COM
IN0
IN1
a1
PB2
1-1IC1
IN2
IN3
a0
1-1OC1.OUT0
a1
a1
TON
Timer ON-Delay (TON)
Timer
T4:1
Time Base
1s
Preset
5
Accum
0
1-1IC1.IN2
EXT
COM
OUT0
OUT1
RET
1-1OC1.OUT4
OUT2
OUT3
IN6
OUT4
IN7
TON1.DN
1-1OC1
IN4
IN5
a0
PB1
OUT5
OUT6
OUT7
END
a0
EXT
a1
RET
Figure 66
La figure ci-dessus présente un programme Ladder implanté dans un API Allen Bradley et les
raccordements des dispositifs à ses cartes d’entrées/sorties.
Analyser le programme et les raccordements et expliquer le fonctionnement.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
74
Chapitre 3
3. Machine-outil avec mouvement de va et vient alternatif
3.1 Machine-outil avec mouvement de va et vient alternatif
Figure 67
75
Certaines machines-outils nécessitent une marche avant et arrière répétée tel que montré à la figure
67.
Ce processus de machine alternative utilise deux interrupteurs de fin de course pour assurer le
contrôle automatique du moteur. Chaque interrupteur de fin de course (LS1 et LS2) possède deux
jeux de contacts, l'un normalement ouvert et l'autre normalement fermé.
Le fonctionnement du circuit peut être résumé comme suit :
Les boutons poussoirs Marche (Start) et Arrêt (Stop) ainsi que des interrupteurs de fin de course sont
utilisés pour initier et terminer la commande automatique du moteur.
• Le contact CR1 est utilisé pour maintenir le relais de commande alimenté pendant le
fonctionnement du circuit.
• Le contact CR2 est utilisé pour établir et couper le circuit de commande « avant » et « arrière ».
• L’utilisation du relais de commande et de ses boutons Marche et Arrêt fournit également une
protection basse tension. Le moteur s'arrêtera lorsqu'il y a une panne de la tension d'alimentation et
il ne redémarrera pas automatiquement lorsque la tension d'alimentation est rétablie.
• Le contact normalement fermé de l’interrupteur de fin de course LS2 arrête la marche Avant et le
contact normalement ouvert de l'interrupteur de fin de course LS1 agit comme contact de départ
pour la marche Avant. Le contact auxiliaire du démarreur Marche Avant est connecté en parallèle
avec le contact normalement ouvert de l’interrupteur de fin de course LS1 pour maintenir le circuit
alimenté pendant le fonctionnement en marche Avant.
Le contact normalement fermé de l'interrupteur de fin de course LS1 est câblé comme contact
d'arrêt pour le démarreur inverseur et le contact normalement ouvert de fin de course LS2 est câblé
comme contact de démarrage pour le démarreur inverse. Le contact auxiliaire du démarreur
inverseur est câblé parallèle avec le contact normalement ouverts du fin de course LS2 pour
maintenir le circuit pendant que le moteur tourne en marche arrière.
• Le verrouillage électrique est réalisé par l'ajout d'un contact normalement fermé en série avec
chaque bobine du démarreur.
• L'inversion du sens de rotation du moteur est assurée par l'action des fins de course. Lorsque
l'interrupteur de fin de course LS1 est actionné, son contact normalement ouvert ferme et alimente
la bobine F et son contact normalement fermé s'ouvre et désalimente la bobine R.
L'action inverse est effectuée par le fin de course LS2.
• Les boutons poussoirs avant et arrière fournissent un moyen de faire fonctionner le moteur en
marche avant ou en marche arrière avant ou afin que les fins de course prennent le contrôle
automatique.
76
Chapitre 3
3.2 Description du fonctionnement
Chapitre 3
4. Convoyeur Avant-Arrière - Schéma Ladder (NEMA)
CONVEYOR: Forward - Reverse
AVAILABLE VARIABLES
INPUTS
OUTPUTS
Conv_Forward
Conv_Initial
Conv_Reverse
Conv_End
Conv_Initial
Conv_End
Conv_Forwar
d
Arret
Conv_Revers
e
Marche
CR
CR
CR
PBAvant
Conv_End
Conv_Initial
Arriere
Avant
Avant
Conv_Initial
Conv_End
Avant
Arriere
Arriere
PAarrie re
Figure 68
Analyser le schéma et décrire le fonctionnement
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
77
Chapitre 3
5. Convoyeur Avant-Arrière - Schéma Ladder (IEC)
CONVEYOR: Forward - Reverse
AVAILABLE VARIABLES
INPUTS
OUTPUTS
Conv_Forward
Conv_Initial
Conv_Reverse
Conv_End
Conv_Initial
Conv_End
Conv_Forwar
d
Conv_Revers
e
CR
Arret
Marche
CR
CR
Arriere
Avant
Avant
Avant
Conv_End
Conv_Initial
Avant
Arriere
Arriere
Conv_Initial
Conv_End
Arriere
Figure 69
Analyser le schéma et décrire le fonctionnement.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
78
Chapitre 3
6. Convoyeur Avant-Arrière - Commandé par API Allen Bradley
CONVEYOR: Forward - Reverse
AVAILABLE VARIABLES
INPUTS
OUTPUTS
Conv_Forward
Conv_Initial
Conv_Reverse
Conv_End
Conv_Initial
Conv_End
Conv_Forwar
d
Conv_Revers
e
Conv_End
Conv_Initial
RUNG1
1-1IC1.IN4 1-1IC1.IN5
1-1OC1.OUT0
1-1OC1.OUT0
1-1IC1.IN6
1-1IC1
IN0
1-1OC1.OUT0
1-1IC1.IN0
1-1OC1.OUT2
IN2
IN3
IN4
Marche
1-1IC1.IN2
OUT1
1-1OC1.OUT4
1-1OC1.OUT2
OUT3
CR 1-1IC1.IN0 1-1IC1.IN2
1-1OC1.OUT4
IN5
OUT4
OUT5
1-1OC1.OUT2
Arriere
OUT6
IN7
COM
Avant
OUT2
IN6
PB Avant
CR
OUT0
IN1
Arret
1-1OC1
OUT7
1-1OC1.OUT4
COM
1-1IC1.IN7
END
PBArriere
Figure 70
79
Comparer le fonctionnement avec le circuit de la figure 67, noter les différences s’il y a lieu.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
80
Chapitre 3
Analyser le schéma ci-avant (figure 70).
Références
Références bibliographiques
ATV 312 Guide de programmation
ATV 12 Guide d’exploitation
Cahier technique n0 204- Schneider
Conducteurs et câbles – Bugeia Joel
Démarreurs progressifs vs variateurs – Allen Bradley
Démarreurs progressifs- Télémécanique
Détermination des sections des câbles
Fiche technique- Altistart
Guide de conception des réseaux électriques industriels- Prévé, Jeannot
Guide d’installation électrique – Schneider
Guide technique n0 208- Schneider
Mise en service rapide ou test de fonctionnement ATV 12
NF C 15-100
Paramètres à prendre en compte pour déterminer la section d’une canalisation
Section des conducteurs et protection des canalisations
81
Chapitre 4
TRAVAUX DIRIGÉS / AUTUÉVALUATION
82
Évaluation
Chapitre 1
EVALUATION CHAPITRE 1
TD 1
Exercice no 1
Donner les niveaux de tension définis par les normes NF C15-100 pour les domaines de tension
suivants :
TBT : ____________________________________
BTA :
____________________________________
BTB :
____________________________________
HTA : ____________________________________
HTB :
____________________________________
Exercice no 2
Quelles sont les valeurs des tensions des réseaux triphasés à trois ou quatre fils pour une fréquence
de 50 Hz comprises entre 100 et 1000 volts?
____________________________________________________________________
Exercice no 3
Tracer le schéma représentant le réseau de distribution triphasé étoile BT 410V/230V.
Exercice no 4
Quelle distinction faites-vous entre un câble multipolaire et un câble unipolaire?
__________________________________________________________________________________
Exercice no 5
Définir les termes suivants :
a) Canalisation : ___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
b) Chemin de câble : ________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
c) Conduits-profilés : _______________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
83
Évaluation
Chapitre 1
EVALUATION CHAPITRE 1
TD 2
Exercice no 1
Une canalisation C1 alimente un moteur triphasé avec les caractéristiques suivantes :
−
−
−
−
Tension triphasée de 400 volts
Puissance : 15 Kw
Rendement : 0,9
FP : cos Ø =0,85
Données sur la canalisation :
−
−
−
3 conducteurs chargés (Isolation PVC) protégés par fusibles
Mode de pose des câbles monoconducteurs : sur des tablettes perforées en parcours
horizontal et vertical;
Température ambiante : 30oC
Note : aucune extension n’est prévue à cette canalisation.
Déterminer la section de la canalisation et le calibre des fusibles.
Montrer votre solution et vos calculs.
84
Évaluation
Chapitre 1
Exercice no 2
Une canalisation C2 alimente un moteur triphasé avec les caractéristiques suivantes :
−
−
−
−
Tension triphasée de 400 volts
Puissance : 20 Kw
Rendement : 0,85
FP : cos Ø =0,9
Données sur la canalisation :
−
−
−
3 conducteurs chargés (Isolation PR) protégés par fusibles
Mode de pose des câbles monoconducteurs : fixés au mur
Température ambiante : 30oC
Note : aucune extension n’est prévue à cette canalisation.
Déterminer la section de la canalisation et le calibre des fusibles.
Montrer votre solution et vos calculs.
85
Une canalisation C3 d’une longueur de 10 m et protégée par des fusibles alimente les canalisations C1
et C2 dont les caractéristiques sont fournies dans l’exercice no 1 et no 2 (p.84 et p.85).
Données sur la canalisation C3:
−
−
−
−
Longueur 10 m
3 conducteurs chargés (Isolation PVC) protégés par fusibles
Mode de pose des câbles monoconducteurs : sur des tablettes perforées en parcours
horizontal et vertical
Température ambiante : 30oC
Note : aucune extension n’est prévue à cette canalisation.
Déterminer la section de la canalisation et le calibre des fusibles.
Déterminer la chute de tension dans cette canalisation et préciser si elle est acceptable.
Déterminer la section des conducteurs PE.
Montrer votre solution et vos calculs.
86
Évaluation
Chapitre 1
Exercice no 3
Évaluation
Chapitre 1
EVALUATION CHAPITRE 1
TD 3
Exercice no 1
Tracer le schéma représentant une liaison TT (neutre à la terre).
Exercice no 2
Tracer le schéma représentant une liaison TN-C (mise au neutre).
Exercice no 3
Quelle doit être (peut être) la couleur des conducteurs dans les circuits suivants :
a)
circuit monophasé entre phase et neutre (PEN)
conducteur Ph = __________
conducteur N = _________
b)
circuit triphasé avec neutre
conducteur Ph = __________
conducteur N = _________
c)
circuit triphasé sans neutre + conducteur de protection
conducteur Ph = __________
conducteur N = _________
d)
circuit triphasé avec conducteur PEN
conducteur Ph = __________
conducteur N = _________
87
Évaluation
Chapitre 2
EVALUATION CHAPITRE 2
TD 1
Exercice no 1
Un circuit départ moteur comprend un démarreur pleine tension (IEC) et une station à boutons
poussoirs Marche-Arrêt.
Modifier le schéma existant par l’ajout d’un bouton secousse (JOG).
a)
Réaliser le diagramme schématique du circuit de commande.
b)
Réaliser le schéma de raccordement (vérifier à la figure 32).
Exercice no 2
Résumer en quelques mots quelles distinctions vous faites entre un démarreur progressif et un
entraînement à fréquence variable (EFV) ou variateur de vitesse.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
88
Nommer 4 avantages à choisir un entraînement à fréquence variable à la place d’un démarreur
électromagnétique (pleine tension et tension réduite).
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Exercice no 4
Pourquoi utilise-on dans certaines applications un démarreur étoile-triangle?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Exercice no 5
a)
Tracer le schéma montrant le raccordement des enroulements d’un moteur lorsque ceux-ci
sont couplés en étoile?
b)
Tracer le schéma montrant le raccordement des enroulements d’un moteur lorsque ceux-ci
sont couplés en triangle.
Pour un moteur triphasé 400 volts, quelle sera la tension appliquée à chaque enroulement lorsque le
c)
couplage est étoile? ____________________
d)
couplage est triangle? _____________________
89
Évaluation
Chapitre 2
Exercice no 3
Tracer le schéma de câblage d’un démarreur progressif « Altistart » (sans contacteur) contrôlé par
une station Marche-Arrêt.
Exercice no 7
a)
Tracer le schéma de câblage d’un démarreur-ralentisseur progressif « Altistart » contrôlé par
une station Marche-Arrêt.
b)
Quel est le rôle du contact entre les bornes R1A et R1C?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
90
Évaluation
Chapitre 2
Exercice no 6
Référer aux figures 50, 51 et 52 du guide.
a)
Quel est le no de référence du démarreur à utiliser avec un moteur asynchrone de 5,5 Kw
fonctionnant à 400 volts, 50 Hz?
____________________________________
b)
La période de démarrage sera réglable de ________ sec à ________ sec?
Exercice no 9
En plus de l’accélération contrôlée et de la variation de vitesse, nommer trois autres fonctions qui
font en sorte que les variateurs de vitesse sont de plus en plus utilisés.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Exercice no 10
Référant au tableau montré à la section 6.3 du guide, quel est le no de référence de « l’Altivar » à
utiliser pour contrôler la vitesse d’un moteur d’une puissance de 4 kw fonctionnant sous tension
triphasée de 380 volts?
91
Évaluation
Chapitre 2
Exercice no 8
Évaluation
Chapitre 3
EVALUATION CHAPITRE 3
TD 1
Exercice no 1
Référer au Grafcet montré à la figure 64 (section 2.3) du guide.
Modifier ce Grafcet afin que lorsque la rétraction du vérin à l’étape 4 soit complétée, une période
d’attente (qui sera l’étape 5) de 5 secondes soit nécessaires avant le retour à l’étape 1.
Exercice no 2
Réaliser le schéma Ladder correspondant à ce nouveau Grafcet réalisé à l’exercice no 1.
Référer à la figure 65 que vous devrez modifier avec l’ajout d’un 2e relais temporisé (TDE).
Exercice no 3
Référer à la figure 66 (section 2.5).
a)
Quelles sont les conditions à satisfaire pour provoquer l’extension du vérin?
____________________________________________________________________________
b)
Si a1 est actif depuis 12 secondes, quelle autre condition doit être satisfaite pour provoquer la
rétraction du vérin?
____________________________________________________________________________
92
Évaluation
Chapitre 3
Exercice no 4
Référer à la figure 68.
Pour provoquer la marche arrière du convoyeur, il faut :
__________________________________________________________________________
ou
__________________________________________________________________________
Exercice no 5
Référer à la figure 70.
Donner le nom du capteur ou du bouton poussoir correspondant à l’adresse :
a)
1-1C1.N4 :
____________________________
b)
1-1C1.N5 :
____________________________
c)
1-1C1.N6 :
____________________________
d)
1-1C1.N7 :
____________________________
e)
1-1C1.N0 :
____________________________
f)
1-1C1.N2 :
____________________________
93
Chapitre 5
TRAVAUX PRATIQUES (TP)
94
Travaux pratiques
Chapitre 1 – TP 1
TRAVAUX PRATIQUES- CHAPITRE 1
TP 1 – Détermination de la section des conducteurs et du calibre des protections.
Matériel
Plans et devis
Normes NF C15-100
Notes de cours
Description de la tâche
À partir de plans et devis dans lesquels une canalisation principale alimente trois autres canalisations
fournissant l’énergie électrique à différents types de récepteurs.
Le devis précise aussi le type de conducteurs et leur mode de pose.
Votre tâche consiste à déterminer pour chaque canalisation :
a) la section des conducteurs
b) le calibre des dispositifs de protection
c) la chute de tension
Note : Refaire le plan, indiquer sur le plan la section des conducteurs, l’isolation, la couleur, etc.
95
Travaux pratiques
Chapitre 2 – TP 1
TRAVAUX PRATIQUES- CHAPITRE 2
TP 1 – Démarreur progressif ou démarreur ralentisseur progressif
Matériel
1 démarreur progressif
1 démarreur électromagnétique (optionnel)
1 moteur triphasé
1 alimentation triphasée
Boutons poussoirs
Instruments de mesure (multimètre, tachymètre, …)
Cavaliers de liaison, fils,…
Outillage de base
Description de la tâche
À partir de directives données par le formateur :
a) Réaliser le schéma de câblage;
b) Faire vérifier par le formateur;
c) Mettre sous tension;
d) Contrôler le fonctionnement (courant, tension, vitesse,…);
e) Procéder aux réglages demandés.
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Travaux pratiques
Chapitre 2 – TP 2
TRAVAUX PRATIQUES- CHAPITRE 2
TP 2 – Variateur de vitesse électronique
Matériel
1 variateur de vitesse électronique
1 logiciel de programmation (optionnel)
1 moteur triphasé
1 source d’alimentation triphasée
Boutons poussoirs
Instruments de mesure
Cavaliers de liaison, fils,…
Outillage de base
Description de la tâche
À partir de directives données par le formateur :
a)
b)
c)
d)
e)
Réaliser le schéma de câblage;
Faire vérifier par le formateur;
Mettre sous tension;
Contrôler le fonctionnement;
Procéder aux réglages demandés.
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Travaux pratiques
Chapitre 3 – TP 1
TRAVAUX PRATIQUES- CHAPITRE 3
TP 1 – Modification au fonctionnement d’automatismes
Matériel
Automatisme (simple) en logique câblée
Instruments de mesure
Composants de remplacement ou supplémentaires
Cavaliers de liaison, fils,…
Sources d’alimentation (électrique, hydraulique, etc.) - (en fonction du système).
Outillage de base
Description de la tâche
À partir d’un automatisme (simple) réalisé en logique câblée et représenté par un Grafcet, modifier le
schéma et les raccordements afin d’obtenir les changements au fonctionnement tels que demandés
par le formateur.
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Travaux pratiques
Chapitre 3 – TP 2
TRAVAUX PRATIQUES- CHAPITRE 3
TP 2 – Modification d’un système automatisé commandé par API
Matériel
Système automatisé
Automate programmable (API)
Logiciel de programmation
Plans du système
Programme implanté dans l’API
Instruments de mesure
Cavaliers de liaison, fils,…
Description de la tâche
Votre tâche consiste à modifier le fonctionnement d’un automatisme selon les directives données
par le formateur en intervenant sur un ou des éléments suivants :
−
−
−
−
−
Modification à la programmation
Modification au câblage;
Ajout de capteurs
Ajout de sorties (témoins, alarmes, etc.)
Etc.
99