Technique de contrôle industriel Technique de

Atténuation des surtensions aux contacteurs
Exemple de fonctionnement n° CD-FE-III-003-V20-FR
Technique de contrôle industriel
Technique de contrôle SIRIUS
Atténuation des surtensions aux contacteurs
Remarque préliminaire
Les exemples de fonctionnement Sirius sont des configurations d’automatisation
opérationnelles et testées, élaborées sur la base de produits Siemens A&D standard. Ils
permettent de réaliser de manière simple, rapide et bon marché des applications de contrôle
sur les appareils basse tension. A ce titre, chacun des exemples de fonctionnement SIRIUS
mentionnés couvre une tâche répétitive d’un ensemble général de questions, posées par le
client, et relatives aux appareils basse tension.
1
Introduction ......................................................................................................3
2
Apparition de surtensions...............................................................................4
3
Types d’organe de protection .........................................................................5
3.1
Raccordement d’organes de circuit RC ...................................................................................................5
3.2
Raccordement de diodes ..........................................................................................................................6
3.2.1
Raccordement d’une diode de roue libre .....................................................................................................6
3.2.2
Raccordement d’un groupe de diodes (diode/diode Zener) .........................................................................7
3.3
Raccordement de varistances ..................................................................................................................8
3.4
Sommaire des types d’organe de protection...........................................................................................9
4
Atténuation des surtensions – la solution Siemens .....................................9
4.1
Limiteur de surtension pour contacteurs type S00 et S0 .....................................................................10
4.2
Limiteur de surtension pour contacteurs type S2 à S12 ......................................................................11
5
Votre contact ..................................................................................................12
6
Garantie, responsabilité et assistance .........................................................12
7
Index................................................................................................................12
Technique de contrôle SIRIUS
page 2/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
1
Introduction
La cause principale d’apparition de surtensions réside dans les processus de
commutation des circuits inductifs tels que les bobines de contacteur.
Ces surtensions, des pics de courant jusqu’à 4 kV, peuvent atteindre très vite des
valeurs élevées dont les conséquences sont les suivantes :
•
usure importante prématurée des contacts commandant la bobine ;
•
émission de signaux parasites provoquant éventuellement des erreurs de signal
dans les commandes électroniques et la destruction de modules électroniques.
Communément, on atténue donc les surtensions de commutation des bobines de
contacteur en raccordant des organes de protection.
L’objet de cet exposé est de présenter à l’utilisateur une sélection de différents
organes de protection et un guide pour leur dimensionnement, et de lui indiquer leurs
avantages et inconvénients.
Technique de contrôle SIRIUS
page 3/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
2
Apparition de surtensions
La mise hors tension de la bobine d’un contacteur provoque des surtensions. En effet,
l’inductance de la bobine cause un maintien du flux électrique au moment de la coupure et une
fermeture du circuit de courant du fait de la capacité propre de la bobine. Si la résistance à la
tension du circuit de courant était suffisante, le courant et la tension auraient la même courbe
qu’une vibration atténuée.
Compte tenu de la résistance de résonance importante de la bobine privée de courant, les
amplitudes vibratoires peuvent atteindre plusieurs kV et les surélévations de tension sont de
l’ordre de 1kV/μs.
Ubobine
[V]
3000
1000
0
50 100
t [μs]
Fig. 1 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire non équipée d’un
organe de protection 230 V, 50 Hz, 10 VA
La fig. 1 montre l’oscillogramme du processus de désenclenchement d’une bobine de
contacteur auxiliaire provoquant une « décharge type averse ». A l’issue d’une décharge
type averse d’une durée de 250 μs environ, il se forme une vibration atténuée d’une valeur
de crête de 3,5 kV. Les décharges type averse provoquent, elles aussi, une usure importante
du contact de commutation mécanique.
En outre, compte tenu de la pente importante des courbes de tension qui se forment, des
signaux parasites considérables peuvent être émis de manière capacitive dans les systèmes
voisins.
Ces signaux rendent nécessaire le raccordement d’organes de protection à l’endroit où ils
apparaissent, c.-à-d. sur la bobine du contacteur. Ces organes empêchent la formation de
surtensions à l’endroit même de leur apparition et protègent les éléments électroniques
sensibles à la tension. Ils préviennent en outre l’apparition de signaux parasites dans les
circuits de commande des commutations électroniques.
D’une manière générale, l’atténuation des surtensions suppose l’utilisation des organes de
protection suivants, connectés en parallèle à la bobine du contacteur :
•
•
•
circuit RC (résistance et condensateur en série)
diode de roue libre, groupe de diodes
varistances
Technique de contrôle SIRIUS
page 4/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
3
Types d’organe de protection
3.1
Raccordement d’organes de circuit RC
Les organes de circuit RC sont essentiellement raccordés aux contacteurs à alimentation en
courant alternatif. Ils peuvent également être raccordés aux contacteurs à alimentation en
courant continu.
R
C
Fig. 2 : Schéma de principe d’un circuit RC
L’augmentation de la capacité effective de la bobine réduit à la fois l’amplitude au double ou
au triple de la tension de commande et la pente de la surtension de commutation, de telle
sorte que les décharges type averse n’apparaissent plus. La tension monte à 400 V en
oscillant avant de disparaître lentement. Le raccordement d’un circuit RC protège
particulièrement les niveaux de sortie sensibles à du/dt de toute connexion involontaire.
Des organes de circuit RC bien choisis n’ont qu’une incidence minimale sur les temps de
commutation des contacteurs et la temporisation du temps de déconnexion est inférieure à 1
ms. Une atténuation optimale nécessite néanmoins une adaptation à la tension de
commande et à la fréquence assignées correspondantes. Les organes du circuit RC doivent
donc être choisis dans le catalogue.
La fig. 3 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la
fig. 1 et équipée d’un organe de circuit RC approprié.
Ubobine
200
0
0
5
t [ms]
Fig. 3 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 230 V, 50 Hz,
10 VA à laquelle est raccordé un circuit RC 110 Ω, 0,22 μF
Technique de contrôle SIRIUS
page 5/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
3.2
Raccordement de diodes
Le raccordement de diodes permet uniquement d’éviter les surtensions de désenclenchement dans le cas de contacteurs à alimentation en courant continu. Lors du
raccordement, respecter les polarités.
3.2.1
Raccordement d’une diode de roue libre
Le raccordement d’une diode permet d’empêcher toute surtension de commutation, la
tension étant limitée à 0,7 V.
Cependant, les diodes provoquent un rallongement de la durée de retard à la coupure, le
temps de déconnexion étant 6 à 9 fois moins important. Cette propriété peut être utilisée à
bon escient, par ex. pour compenser les coupures de tension de courte durée (de l’ordre de
quelques millisecondes). Lorsque des contacteurs de type 0/S0 ou suivants, d’une puissance
de plus de 5,5 kW, sont utilisés, des diodes de roue libre peuvent provoquer un désenclenchement du circuit magnétique en deux étapes pouvant causer au pire un collage des
contacts. C’est la raison pour laquelle l’utilisation de diodes de roue libre n’est plus
recommandée.
D
Fig. 4 : Schéma de principe d’une diode de roue libre
La fig. 5 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la
fig. 1 et équipée d’une diode de roue libre appropriée.
Ubobine
20
= 0,7 V ^=
Ubobine
de la diode
0
0
200
t [μs]
Fig. 5 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 24 V DC, 3 W
à laquelle est raccordée une diode de roue libre
Technique de contrôle SIRIUS
page 6/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
3.2.2
Raccordement d’un groupe de diodes (diode/diode Zener)
Le raccordement de la bobine de contacteur à un groupe de diodes constitué d’une diode et
d’une diode Zener permet lui aussi d’empêcher toute surtension de commutation, la tension
étant limitée à 10 V.
Cependant, l’utilisation d’un groupe de diodes provoque un prolongement de la durée de
retard à la coupure, le temps de déconnexion étant 2 à 6 fois moins important.
D
ZD
Fig. 6 : Schéma de principe d’un groupe de diodes
La fig. 7 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la
fig. 1 et équipée d’un groupe de diodes approprié.
Ubobine
20
= 10 V = Ubobine^
sur tension diode Zener
0
0
20
t [ms]
Fig. 7 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 24 V DC, 3 W
à laquelle est raccordé un groupe de diodes
Technique de contrôle SIRIUS
page 7/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
3.3
Raccordement de varistances
Les varistances, résistances non linéaires, devenant conductrices à partir d’une certaine
tension de seuil, limitent la hauteur maximale de la surtension lorsqu’elles sont raccordées
en parallèle à la bobine. Comme dans le cas de bobines non équipées d’un organe de
protection, des décharges type averse apparaissent mais leur durée totale est moindre.
Contrairement aux organes de circuit RC, elles ne diminuent pas la pente de la surélévation
de tension.
Elles peuvent être utilisées pour les contacteurs à alimentation en courant alternatif ou
continu. Leur influence sur les temps de commutation est minimale.
VDR
Fig. 8 : Schéma de principe d’une varistance
La fig. 9 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la
fig. 1 et équipée d’une varistance appropriée.
Ubobine
200
0
0
20
t [μs]
Fig. 9 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 230 V,
50 Hz, 10 VA à laquelle est raccordée une varistance 275 V
(commencement : la tension tombe à zéro après 3 ms env.)
Technique de contrôle SIRIUS
page 8/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
3.4
Sommaire des types d’organe de protection
Protection
de la charge
Tension
aliment.
cde
Temporisat
ion suppl.
de chute
Diode
DC
grande
Limitation
définie de la
tension
inductive
oui (UD)
Avantages / inconvénients
Priorité
d’application
Avantages : • facile à réaliser
• fiable
• facile à dimensionner
• à faible tension inductive
Instructions de
commande /
tension
d’alimentation de
commande
instables
Inconvénients :
• temporisation de chute élevée
• uniquement types 00 / S00
Groupe de
diodes
Varistance
Organe de
circuit RC
DC
AC / DC
AC / DC
moyenne
petite
2 à 5 ms
très petite
1 ms
oui (UZD)
oui (UVDR)
non
Composants CEM
à proximité
Avantages :• facile à dimensionner
Inconvénients :
• atténuation uniquement audessus de UZD (10 V)
Avantages : • absorption d’énergie
• facile à dimensionner
• facile à réaliser
Inconvénients :
• atténuation uniquement audessus de UVDR
Avantages : • atténuation HF obtenue par
stockage d’énergie
• bien adapté pour courant CA
• atténuation indépendante du
niveau
adaptée à la
plupart des
applications, par
ex. à proximité
d’organes
SIMATIC
Temps de
commutation
critiques
Inconvénients :
• courant d’appel important
• sensible aux harmoniques
4
Atténuation des surtensions – la solution Siemens
Pour les contacteurs type 3RT1, les limiteurs de surtension suivants sont disponibles :
Limiteur de surtension
avec LED
sans LED
pour S00
pour S00
Diode d’antiparasitage
X
X
--
--
--
Groupe de diodes
--
X
X
X
--
Varistance
X
X
X
X
intégrée
Organe de circuit RC
--
X
X
X
X
Technique de contrôle SIRIUS
pour S0
page 9/12
pour S2, S3
pour S6 à S12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
4.1
Limiteur de surtension pour contacteurs type S00 et S0
Technique de contrôle SIRIUS
page 10/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
4.2
Limiteur de surtension pour contacteurs type S2 à S12
Technique de contrôle SIRIUS
page 11/12
CD-FE-III-003-V20-FR
Atténuation des surtensions aux contacteurs
5
Votre contact
Assistance technique : Technique de contrôle des appareils basse tension
Contact personnel du lundi au vendredi de 8.00 à 17.00 (CET)
téléphone : +49 (911)-895-5900
courriel :
[email protected]
Internet :
http://www.siemens.de/lowvoltage
par fax 24 H / 24
téléfax :
+49 (911)-895-5907
6
Garantie, responsabilité et assistance
Nous n’assumons aucune responsabilité pour les informations contenues dans le présent document.
Notre responsabilité, quel qu’en soit le fondement juridique, pour d’éventuels dommages dus à
l’utilisation d’exemples, de remarques, de programmes, de données de conception et de performance,
etc. mentionnés dans cet exemple de fonctionnement Sirius, est exclue, à moins qu’elle ne s’applique
de manière impérative, selon la loi relative à la responsabilité du fabricant, en cas de volonté délibérée,
de négligence grossière, de mise en danger de la vie, de l’intégrité physique ou de la santé des
personnes, de prise en charge de la garantie relative à la qualité d’un bien, de la dissimulation
insidieuse d’un défaut ou d’une violation d’obligations essentielles du contrat. Les indemnités
imputables en cas de violation d’obligations essentielles du contrat sont néanmoins limitées aux
dommages prévisibles et caractéristiques du contrat, à condition qu’on ait affaire ni à de la
préméditation, ni à une négligence grossière, ni à une responsabilité impérative du fait de la mise en
danger de la vie, de l’intégrité physique et de la santé des personnes. Ceci ne va pas de pair avec un
renversement de la charge de la preuve à vos dépens.
7
[1]
Index
Manuel Siemens « Circuits basse tension de commutation, de protection et de
distribution »
Copyright© 2006 Siemens A&D.
La transmission ou la reproduction de l’intégralité ou d’une partie de ces exemples de
fonctionnement Safety est interdite, à moins d’une autorisation expresse de Siemens A&D.
Technique de contrôle SIRIUS
page 12/12
CD-FE-III-003-V20-FR