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Moteur Asynchrone Les moteurs électriques De moins d'un kW, à plusieurs dizaines de MW, les Moteurs ASynchrones (MAS) équipent la majorité des machines-outils,

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  • Moteur Asynchrone
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  • Les moteurs lectriques De moins d'un kW, plusieurs dizaines de MW, les Moteurs ASynchrones (MAS) quipent la majorit des machines-outils, monte-charges, tapis-roulants, compresseurs.. Le moteur asynchrone est utilis quand on dispose d'une source d'alimentation alternative (rseau SONELGAZ triphas ou monophas).
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  • Le moteur asynchrone triphas est largement utilis dans lindustrie, sa simplicit de construction en fait un matriel trs fiable et qui demande peu dentretien. Il est constitu dune partie fixe, le stator qui comporte le bobinage, et dune partie rotative, le rotor qui est bobin en cage dcureuil. Les circuits magntiques du rotor et du stator sont constitus dun empilage de fines tles mtalliques pour viter la circulation de courants de Foucault. Caractristiques
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  • Gnralits sur les moteur Asynchrone
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  • Symbole M3M3 M3M3 M.A. cage dcureuil M.A. rotor bobin
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  • Moteur asynchrone triphas 1 : rotor :circuit magntique tournant 2 : stator : circuit magntique fixe + 3 enroulements 3 : plaque bornes pour lalimentation et le couplage.. constitution
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  • STATOR Il produit un champ magntique tournant la frquence de rotation: ns en tr/s, ns=f / p f en Hz, p nombre de paires de ples. Les enroulements du stator sont prvus pour tre coupls, soit en toile, soit en triangle. Le couplage des enroulements dpendra de la tension nominale par phase prvue pour le moteur et du rseau dont on dispose. Exemple: pour une tension nominale de 220 V supportable par un enroulement, il faut sur un rseau 220V/380 V faire un couplage toile, et sur un rseau132V /230V faire un couplage triangle.
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  • constitution Deux types de rotors : rotor en cage dcureuil o des bornes mtalliques parallles sont relies par deux couronnes de faible rsistance. rotor bobin o les conducteurs sont logs dans des encoches formant des enroulements triphass ayant le mme nombre de paires de ples que le stator. ROTOR
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  • constitution Rotor en cage d'cureuil Il porte un systme de barres conductrices trs souvent En aluminium, loges dans un empilement de tles. Les Extrmits de ces barres sont runies par des couronnes galement conductrices. On dit que le rotor est en court-circuit. L'ensemble n'est parcouru que par les Courants de Foucault induits par la rotation du champ statorique. ROTOR
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  • Principe de fonctionnement
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  • Phase 1 : L1 : v1 = Vmax sin t Vmax = amplitude =2 f Le triphas Le rseau triphas, est constitu de trois phases, d'un neutre et d'une terre, le tout cadenc une frquence de 50Hz. Phase 2 : L2 : v2 = Vmax sin ( t - 2 /3) Phase 3 : L3 : v3 = Vmax sin ( t - 4 /3) On note V pour une tension simple On note U pour une tension compose
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  • Le neutre Dans tout systme de distribution triphas (quatre fils),il existe un neutre lectrique. Sa reprsentation gomtrique est le centre de gravit du triangle quilatral reprsentatif des trois phases. La tension entre une des phases et le neutre est appele tension simple (220V) alors que la tension entre 2 phases est appele tension compose (380V). La phase Les phases sont les conducteurs chargs de vhiculer l'nergie vers le rcepteur. Dans un rcepteur triphas quilibr, le courant circulant dans le neutre est nul, il n'existe que dans les phases. La tension de chaque phase est dcale de 120 degrs les unes par rapport aux autres. Phase 1 : v1 = Vmax sin t Phase 2 : v2 = Vmax sin( t - 2 /3) Phase 3 : v3 = Vmax sin( t - 4 /3) Rseau sonelgas 220/380 220V pour les tensions simples (monophas) 380V pour les tensions composes (triphas)
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  • Le principe des moteurs courant alternatifs rside dans lutilisation dun champ magntique tournant produit par des tensions alternatives. Si le courant est alternatif, le champ magntique varie en sens et en direction la mme frquence que le courant. La circulation dun courant dans une bobine cre un champ magntique B. ce champ est dans laxe de la bobine, sa direction et son intensit sont fonction du courant I. cest une grandeur vectorielle.
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  • Champ tournant Un ensemble de trois bobines identiques, disposes aux trois sommets d'un triangle quilatral, et parcourues par des courants triphass, produisent au centre gomtrique un champ tournant une vitesse gale la pulsation des courants.
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  • Positif Ngatif
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  • Positif Ngatif
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  • Positif Ngatif
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  • Positif Ngatif Etc.
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  • Principe du moteur asynchrone triphas 3 bobines forment une paire de ples Une masse mtallique (le rotor) est place au centre des 3 bobines. Le rotor subit linfluence du champ tournant. Loi de Lenz : Le sens du courant induit est tel que, par ses effets, il soppose la cause qui lui donne naissance Le champ tournant induit dans le mtal du rotor un courant lectrique de trs forte intensit. Le courant lectrique induit un champ magntique oppos au champ tournant. Le rotor devenu magntique va suivre le champ tournant Le rotor va tourner sensiblement la mme vitesse que le champ tournant
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  • Mais. Comment le rotor peut tourner ??? Rotor cage dcureuil Barres de cuivre ou daluminium Axes de rotation Liaison lectrique des barres Coule daluminium Circuit magntique, empilage de feuilles dacier doux
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  • Principe du moteur asynchrone triphas 3 bobines forment une paire de ples. Une masse mtallique (le rotor) est place au centre des 3 bobines. Le rotor subit linfluence du champ tournant. Loi de Lenz : Le sens du courant induit est tel que, par ses effets, il soppose la cause qui lui donne naissance. Le champ tournant induit dans le mtal du rotor un courant lectrique de trs forte intensit. Le courant lectrique induit un champ magntique oppos au champ tournant. Le rotor devenu magntique va suivre le champ tournant. Le rotor va tourner sensiblement la mme vitesse que le champ tournant.
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  • Si le moteur tourne en synchronisme avec le champ tournant, la vitesse relative entre le rotor et le champ tournant est NULLE. Linduction ne peut donc pas exister ! Le rotor tourne TOUJOURS moins vite que le champ tournant. De cette faon il est toujours balay par le champ tournant et se transforme en une pice magntique. Ce qui donne le nom de moteur asynchrone Cette diffrence de vitesse sappelle le glissement quations Vitesse de synchronisme (le champ tournant) Glissement en % N, Ns = vitesse en tr.mn -1 P = Nombre de paire de ples F = frquence dalimentation en Hz Le glissement est de lordre de 5%
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  • Une paire de ples2 paires de ples4 paires de ples Si la frquence dalimentation est de 50Hz Ns = 3000 tr.mn -1 Ns = 750 tr.mn -1 Ns = 1500 tr.mn -1 P = Nombre de paire de ples
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  • Exercices : Un moteur de 2 ples est aliment en courant alternatif 50Hz Sa vitesse de synchronisme sera de : 2 ples = 1 paire de ples donc Ns = 3000tr.mn -1 Ce mme moteur aliment en 60Hz Ns = 3600tr.mn -1 Un moteur de 4 paires de ples est aliment en courant alternatif 50Hz puis en 60Hz Sa vitesse de synchronisme sera de : Avec un glissement de 5% sa vitesse relle sera de : Ns = 750tr.mn -1 et Ns = 900tr.mn -1 N = 712tr.mn -1 et N = 855tr.mn -1 Un moteur de 1 paire de ples est aliment en courant alternatif 50Hz Sa vitesse relle est de 2910 tr.mn -1 : Quel est son glissement ? Glissement = 3%
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  • Plaque signaltique
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  • Puissance utile dlivre sur larbre moteur Vitesse nominale (relle) du rotor Rendement Couplage effectuer en fonction du rseau Intensit (dans chaque phase) correspondante Puissance ractive (absorbe) Pa=U.I V3 Cos
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  • exploitation : Puissance :(1,5Kw) puissance utile dlivre sur larbre du moteur. facteur de puissance :(0,78) permet le calcul de la puissance ractive consomme par le moteur (. Tensions : (230v/400v) la premire indique la valeur nominale de la tension aux bornes dun enroulement. Elle justifie le couplage (toile ou triangle) effectuer en fonction du rseau dalimentation. Intensits :(6,65A/3,84A) Elles reprsentes lintensit en ligne (dans chaque phase) pour chacun des couplages. rendement(rdt%76) : permet de connatre la puissance lectrique consomme (on dit absorbe) vitesse :(1440 Tr/mn) Indique la vitesse nominale du rotor. On dit aussi vitesse relle. On connait alors La vitesse de synchronisme ns du moteur (ici 1500 T/mn)
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  • Plaque signaltique
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  • MOTEUR ASYNCHRONE en anglais : INDUCTION MOTOR Type : RYCN 450 L/2 rfrence constructeur. N 06A584 001 : N de srie 2007 : anne de fabrication M 5000 kg : poids 480KW puissance mcanique utile sur larbre du moteur (MW). cos 0,92 : facteur de puissance : permet le calcul de la puissance ractive consomme par le moteur. 2979 tr/min : Vitesse en tr.mn -1. Indique la vitesse nominale du rotor. On connait alors la vitesse de synchronisme ns du moteur ici 3000 tr.mn -1. IC CACA International Cooling : mthode et type de fluide pour le refroidissement. IM 1001 : Classification des formes de construction et des dispositions de montage. IP55 : Indice de protection, indique la rsistance du moteur la poussire et leau. IEC 60034-1 : Norme : caractristiques assignes et caractristiques de fonctionnement.
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  • Temp. 40C : temprature ambiante maximum sur le site d'exploitation. S1: Rgime de fonctionnement, S1 fonctionnement 24h/24 50HZ : Frquence du rseau dalimentation. Pour le Stator : 11 000V Tension nominale d'alimentation 28.3A : Intensit nominale. Y couplage en toile. ( pour un couplage en triangle) 3~ : Moteur triphas. CI F : Classe d'isolation (chauffement maximal admissible 105) T 80K : Echauffement maximal admissible 80 S'ajoute des informations sur le graissage.
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  • BRANCHEMENT
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  • Il y a deux possibilits de branchement du moteur au rseau lectrique triphas. Le montage en toile et le montage en triangle. Avec un branchement en toile, la tension au bornes de chacune des bobines est denviron 220V. Dans le montage en triangle, chacune des bobines est alimente avec la tension nominale du rseau (380V). On utilise le montage toile si un moteur de 220V doit tre reli sur un rseau 380V ou pour dmarrer un moteur puissance rduite dans le cas dune charge avec une forte inertie mcanique. Branchement toile ou triangle
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  • Il y a deux possibilits de branchement du moteur au rseau lectrique triphas. Le montage en toile (D) et le montage en triangle (Y). Avec un branchement en toile, la tension aux bornes de chacune des bobines est d'environ 230V. Dans le montage en triangle, chacune des bobines est alimente avec la tension nominale du rseau (400V). On utilise le montage toile si un moteur de 230V doit tre reli sur un rseau 400V ou pour dmarrer un moteur puissance rduite dans le cas d'une charge avec une forte inertie mcanique.
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  • 400V Rseau Franais 230V/400V Ce moteur doit tre branch obligatoirement en toile en France car la tension bobine est de 230V
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  • 220V Rseau Anglais 110V/220V Ce moteur doit tre branch en triangle en Angleterre car la tension bobine est de 220V Sil est branch en toile il sera sous aliment
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  • Lecture de la plaque signaltique d un moteur asynchrone triphas LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Marque du constructeurRfrence du constructeur
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Masse du moteur asynchrone Classe de temprature : chauffement possible Indice de protection : contre les corps solides contre les corps liquides contre les chocs mcaniques ces points seront dvelopps dans le cours de Technologie
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Puissance mcanique que le moteur dlivre au point de fonctionnement nominal. Cette valeur nominale sert de point de dpart pour les ingnieurs qui doivent concevoir ce moteur Dans les conditions nominales, l axe du moteur asynchrone tournera la frquence de rotation de 725 tr/min ( frquence de rotation dite nominale ).
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Attention, va falloir tre prcis !!!
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Dans les conditions nominales, le moteur doit tre aliment par un rseau triphas - de frquence 50 Hz de tension efficace compose U = 230 V de tension efficace compose U = 400 V OU BIE N U = 230 V U = 400 V 1 2 3 N 1 2 3 N
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Je peux faire ce que je veux ? Cela m tonnerait fort !!! Peut-tre quil faut faire attention au couplage ( toile ? triangle ? )
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER 1 2 3 N U = 230 V Pour un rseau 230V, je dois coupler le moteur en... 30.5 A pour le fonctionnement nominal La valeur efficace d un courant de ligne vaut alors... Pour un rseau 400V, je dois coupler le moteur en... TRIANGLEETOILE 1 2 3 N U = 400 V La valeur efficace d un courant de ligne vaut alors... 17.6 A pour le fonctionnement nominal I = 30.5 A I = 17.6 A
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Rseau 230V: couplage TRIANGLE Rseau 400V: couplage ETOILE J ai raison ! Moi aussi !
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  • 1 2 3 N U = 230 V TRIANGLEETOILE 1 2 3 N U = 400 V I = 30.5 A I = 17.6 A Pour un rseau 230V, Chaque enroulement supporte une tension compose de valeur efficace 230 V... et est travers par un courant d intensit efficace J = I / 3 = 30.5/ 3 = 17.6 A Pour un rseau 400V, Chaque enroulement supporte une tension simple de valeur efficace U = V / 3 = 230 V... et est travers par un courant de ligne d intensit efficace I = 17.6 A. Les enroulements et donc le moteur fonctionnent dans les mmes conditions !
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER QUE RETENIR ??? Valeur efficace d une tension COMPOSEE Valeur efficace d un courant de LIGNE Pour se rappeler : la plus petite valeur de tension doit tre la valeur efficace de la tension que supporte un enroulement
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  • LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Pour finir... Facteur de puissance nominal est le dphasage de la tension aux bornes d un enroulement par rapport au courant traversant ce mme enroulement Rendement nominal puissance mcanique utile puissance active reue par le moteur
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  • Bilan des puissances
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  • 2. Bilan des puissances 2.1 Puissance reue ou absorbe ( consomme ) P = UI cos cos : facteur de puissance du moteur. P ( en W ) ; U ( en V ) ; I ( en A ). A vide, cos est faible et Pv = Pfs + Pmc + Pjs Pjs vide peuvent tre ngliges 2.2 Pertes au stator Pour un moteur en charge : Pjs et Pfs : ce sont les pertes par effet Joule et les pertes fer ( magntiques ) au stator. Les pertes fer dpendent de la valeur efficace de la tension aux bornes des enroulements et de la frquence du rseau. r : rsistance dun enroulement entre le neutre et la En toile : Pjs = 3rI 2 = RI 2 phase; R : rsistance entre deux bornes de phase du stator. En triangle : Pjs = 3rJ 2 = RI 2 J : courant par phase ; I : courant en ligne.
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  • 2.3 Puissance transmise au rotor Puissance transmise au rotor : Ptr ( en W ) T : Couple lectromagntique ( en N.m ) s : Vitesse de synchronisme ( rad/s ) 2.4 Puissance transmise larbre du rotor et pertes au rotor. Pr : puissance transmise larbre du rotor. Pr = T Le rotor tourne la vitesse , vitesse du moteur asynchrone et dveloppe le couple lectromagntique T. Les pertes lectriques au niveau du rotor sont les pertes par effet Joule : Pjr. Les pertes fer rotor Pfr sont ngligeables. Pjr = g Ptr Ptr = P - Pfs - Pjs = T s
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  • 2.5 Puissance utile et pertes mcaniques Pu : puissance utile ; Tu : couple utile. Les pertes mcaniques sont dues aux frottements et sont fonction de la vitesse. 2.6 Rendement dun moteur asynchrone Pjs = 3/2 RI 2 Pjr = g Ptr Rseau Entrefer Arbre P = 3UIcos Stator Ptr = Ts Rotor Pr = ( 1-g)Ptr Pu = Tu Pfs Pmc Si on nglige (Pfs et Pjs ) : Ptr = P Pr = Ptr - Pjr = (1 g ) Ptr = ( 1 g ) P Si on nglige Pmc : Pr = Pu Pu = Pr = ( 1 g)P max = = 1 - g Pu = Tu Pmc = Pr - Pu = ( T - Tu )
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  • 3. Caractristiques mcaniques. Point de fonctionnement 3.1 Caractristique mcanique Tu = f( ) Tu ( en N.m ) Tu max Tud Tun 0 n s ( en rad/s ) g = 1 g = 0 Pour = s, g = ? Tu = 0 N.m : fonctionnement vide Pjr = g Ptr = ? Pour = 0, g = ? Le moment du couple utile : Tu = Tud qui nest pas nul. Le moteur prsente larrt ( = 0 ) un couple important.
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  • Liaison avec le rseau Le moteur est reli au rseau par un certain nombre de dispositifs de scurit et de commande. SECTIONNEUR CONTACTEUR RELAIS THERMIQUE
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  • SECTIONNEUR - PORTE FUSIBLES permet d'isoler un circuit pour effectuer des oprations de maintenance, de dpannage ou de modification sur les circuits lectriques CONTACTEUR appareil de commande capable d'tablir ou d'interrompre le passage de l'nergie lectrique (command distance par lalimentation de la bobine KM1) RELAIS THERMIQUE appareil de protection capable de protger contre les surcharges (lvation anormale du courant consomm par le ou les rcepteurs :1 3 In).
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  • Liaison avec le rseau EDF Lalimentation de la bobine KM1 du contacteur est assure par le circuit de commande
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  • Disjoncteur
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  • Sectionneur porte fusible Les contacts principaux permettent d'assurer le sectionnement de l'installation, c'est une fonction de scurit obligatoire. Les contacts auxiliaires permettent de couper le circuit de commande des contacteurs avant l'ouverture des ples du sectionneur ce qui vite la coupure en charge. De mme la mise sous tension, le circuit de commande n'est ferm qu'aprs la fermeture des ples du sectionneur. La poigne de commande peut-tre verrouille en position ouverte par un cadenas (scurit oprateur pour la maintenance). Ne possde pas de pouvoir de coupure
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  • Contacteur de puissance Le contacteur est command distance au moyen dune bobine, Le contacteur est un appareil mcanique de connexion ayant une seule position repos, command autrement qu' la main, capable d'tablir, de supporter et d'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharge en service. Un contacteur dont les contacts principaux sont ferms dans la position de repos est appel rupteur. possde un fort pouvoir de coupure (symbolis par lexcroissance )
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  • Relais thermique
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  • Fusibles
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  • Commande dun moteur asynchrone
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  • Variateur de vitesse Pour permettre une utilisation plus universelle le variateur va permettre de fournir une tension triphase de frquence comprise entre 0.5 et 400HZ. Il permet : Le moteur asynchrone a sa vitesse dfinie par : Le nombre de paires de ples (dfini la fabrication) La frquence dalimentation 50Hz en France Davoir des vitesses variables. Raliser des dmarrages arrts inversions du sens de rotation progressifs. De rgler des rampes dacclrations ou ralentissements. De moduler le courant pour moduler le couple. De faire varier la tension pour ladapter la frquence ( tension faible en basse frquence, et plus haute en haute frquence u/f=constant).
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  • Courbes idalises
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  • Redresseur triphas Filtrage onduleur Stator du moteur Variateur de vitesse principe Le moteur est conu pour fonctionner 50Hz. Le variateur permet de synthtiser une frquence dalimentation de 0.5Hz 400Hz. En basse vitesse se pose le problme du refroidissement du moteur. En haute frquence, leffet inductif est plus important, le courant est plus faible, le couple est nettement infrieur au couple nominal.
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  • t = 0 i1 = im/2 i2 = -im i3 = im/2
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  • t = T/6 i1 = im i2 = -im/2 i3 = -im/2
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  • t = T/3 i1 = im/2 i2 = im/2 i3 = -im
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  • t = T/2 i1 = -im/2 i2 = im i3 = -im/2
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  • t = 2T/3 i1 = -im i2 = im/2 i3 = im/2
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  • t = 5T/6 i1 = -im/2 i2 = -im/2 i3 = im
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