Chapitre 1 : Introduction Aux Installations Industrielles

Ministère de l’Enseignement Supérieuret de la Recherche ScientifiqueInstitut Supérieur des Etudes Technologiques de NabeulDépartement : Génie ElectriqueSupport de cours :INSTALLATIONS INDUSTRIELLESNiveau : L2 Semestre 2Préparé par :Adel SAID et Yassine JEMAITechnologues à l’I.S.E.T de NabeulAnnée universitaire 2013 / 2014

SommairePagesAvant-proposChapitre 1 : Introduction aux installations industriellesI. Constitution des installations0101I.1. Circuit de commande01I.2. Circuit de puissance01II. Les appareils de commande, de signalisation et de protection01II.1. Disjoncteur02II.2. Sectionneur02II.3. Interrupteur sectionneur02II.4. Fusible02II.5. Relais thermique03II.6. Le contacteur03II.7. Capteur de fin de course04II.8. Bloc auxiliaire temporisé04II.9. Bloc de contacts auxiliaires05II.10. Contacteur auxiliaire06II.11. Lampes de signalisations06III. Les moteurs asynchrones triphasésIII.1. Principe de fonctionnement0606

III.2. Détermination du couplage08III.3. Couplages des enroulements sur plaque à bornes08Chapitre 2 : Procédés de démarrage des moteurs09I. Problème de démarrage des moteurs asynchrones09II. Démarrage direct09II.1. Principe09II.2. Démarrage semi-automatique à un seul sens de marche09II.3. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche10II.4. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course11II.5. Démarrage direct semi-automatique à deux sens de marche avec butées de fin de course etinversion de sens de rotation12III. Limitation du courant de démarrage12IV. Démarrage étoile-triangle13IV.1. Principe13IV.2. Démarrage étoile-triangle semi-automatique à un sens de marche13IV.3. Démarrage étoile-triangle semi-automatique à deux sens de marche15V. Démarrage par élimination de résistances statoriques16V.1 Démarrage par élimination de résistances statoriques à un seul sens de marche16V.2. Démarrage par élimination de résistances statoriques à deux sens de marche17VI. Démarrage par élimination de résistances rotoriques18VI.1. Principe18VI.2. Démarrage par élimination de résistances rotoriques à un seul sens de marche19VI.3. Démarrage par élimination de résistances rotoriques, deux sens de marche20

VII. Démarreurs électroniques21VII.1. Fonction21VII.2. Exemple (démarreur de type ATS)21Chapitre 3: Freinage des moteurs asynchrones22I. Introduction22II. Utilisation d’un moteur Frein : Action sur le rotor22II.1. Principe22II.2. Schémas des circuits de puissance et de commande23III. Freinage par contre courant: Action sur le stator24III.1. Principe24III.2. Remarques24III.3. Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur en court-circuit24III.4. Schémas de puissance et de commande dans le cas d’un moteur à bagues25IV. Freinage par injection de courant continu26IV.1. Principe26IV.2. Remarque26IV.3. Critique26IV.4. Schémas des circuits de puissance et de commande26Chapitre 4 : Variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones27I. Principe de la variation de vitesse27II. Principe de la variation de fréquence28III. Fonctionnalités des variateurs29

IV. Ensemble moteur-variateur29V. Choix d’un variateur30VI. Mise en œuvre d’un variateur31VII. Applications31VII.1 IntroductionVII.2 Exemples d’applications simplesBIBLIOGRAPHIESites utiles3132

Avant-proposCe support de cours s’adresse aux étudiants des I.S.E.T. du niveau L2 - Semestre 2 dudépartement Génie électriqueIl a pour but : d’initier les étudiants aux notions de base des installations industrielles(Appareillage, circuit de commande, circuit de puissance, ), de les familiariser à la lecture d’un schéma d’une installation industrielle et, de faire l’analyse et la synthèse d’une application industrielle sur le sujet(commande d’un moteur, variateurs de vitesse, ).Ce support de cours s’articule sur les quatre chapitres suivants : Chapitre 1 : Introduction aux installations industrielles Chapitre 2 : Procédés de démarrage des moteurs Chapitre 3 : Freinage des moteurs asynchrones Chapitre 4 : Variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones.

I.S.E.T de NabeulChapitre 1 :Département : Génie électriqueIntroduction aux installations industriellesI. Constitution des installationsLes installations industrielles des automatismes sont constituées de deux parties distinctes appelées :circuit de commande et circuit de puissance.I.1. Circuit de commandeIl comporte l’appareillage nécessaire à la commande des récepteurs de puissance.On trouve : La source d’alimentation Un appareil d’isolement (sectionneur). Une protection du circuit (fusible, disjoncteur). Un appareil de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur physique). Organes de commande (bobine du contacteur).La source d’alimentation et l’appareillage du circuit de commande ne sont pas nécessairement celledu circuit de puissance, elle dépend des caractéristiques de la bobine.I.2. Circuit de puissanceIl comporte l’appareillage nécessaire aux fonctionnements des récepteurs de puissance suivant unautomatisme bien défini.On trouve : Une source de puissance (généralement réseau triphasé) Un appareil d’isolement (sectionneur). Une protection du circuit (fusible, relais de protection). Appareils de commande (les contacts de puissance du contacteur). Des récepteurs de puissances (moteurs).II.Les appareils de commande, de signalisation et de protectionII.1. DisjoncteurC’est un appareil de protection qui comporte deux relais, relais magnétique qui protège contre lescourts-circuits et un relais thermique qui protège contre les surcharges.Installations industriellesPage 1

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueDisjoncteursSymboleII.2. SectionneurSa fonction : Assurer le sectionnement (séparation du réseau) au départ des équipements. Dans laplupart des cas il comporte des fusibles de protection.Sectionneur fusibleSymboles : en circuit de puissance et en circuit de commandeLe pouvoir de coupure est le courant maximal qu’un appareil de sectionnement peut interrompre sansaucun endommagement.Le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure, il doit être manipulé à vide.II.3. Interrupteur sectionneurInterrupteur sectionneurSymboleL’interrupteur sectionneur a un pouvoir de coupure, peut être manipulé en charge.II.4. FusibleC’est élément comportant un fil conducteur, grâce à sa fusion, il interrompe le circuit électriquelorsqu’il est soumis à une intensité du courant qui dépasse la valeur maximale supportée par le fil.Installations industriellesPage 2

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueCartouche fusible cylindrique et à couteauxSymboleIl existe plusieurs types de fusibles : gF : fusible à usage domestique, il assure la protection contre les surcharges et les courts-circuits. gG : fusible à usage industriel. Protège contre les faibles et fortes surcharges et les courts-circuits.Utilisation : éclairage, four, ligne d’alimentation, aM : cartouche à usage industriel, pour l’accompagnement moteur, commence à réagir à partir de4 In (In est le courant prescrit sur le fusible), protège uniquement contre les courts-circuits.Utilisation : Moteurs, transformateurs, II.5. Relais thermiqueLe relais de protection thermique protège le moteur contre les surcharges.Réglage du courantTest contact (95-96)Annulation défautRelais thermiqueSymboleII.6. Le contacteurLe contacteur est un appareil de commande capable d'établir ou d'interrompre le passage del'énergie électrique. Il assure la fonction COMMUTATION.En Technologie des Systèmes Automatisées ce composant est appelé Préactionneur puisqu'il setrouve avant l'actionneur dans la chaîne des énergies.Installations industriellesPage 3

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueBobineContacteurContacts de puissancesContact decommandeSymboleII.7. Capteur de fin de courseLes interrupteurs de position mécanique ou capteur de fin de course coupent ou établissent un circuitlorsqu’ils sont actionnés par un mobileInterrupteur de positionSymboleII.8. Bloc auxiliaire temporiséLes blocs auxiliaires temporisés servent à retarder l'action d'un contacteur (lors de sa mise sous tensionou lors de son arrêt)Bloc auxiliaire temporiséInstallations industriellesSymbolesPage 4

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueII.9. Bloc de contacts auxiliairesLe bloc de contact auxiliaire est un appareil mécanique de connexion qui s’adapte sur les contacteurs.Il permet d’ajouter de 2 à 4 contacts supplémentaires au contacteur. Les contacts sont prévus pour êtreutilisés dans la partie commande des circuits. Ils ont la même désignation et repérage dans les schémasque le contacteur sur lequel ils sont installés (KA, KM.).2 CONTACTS4 CONTACTSBloc de contacts auxiliairesSymboleII.10. Contacteur auxiliaireIl ne comporte que des contacts de commandes.Contacteur auxiliaireInstallations industriellesSymbolePage 5

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueII.11. Lampes de signalisationsSignalisation visuelle du fonctionnement normal du système, ou défauts.Lampe de signalisationSymboleIII. Les moteurs asynchrones triphasésIII.1. Principe de fonctionnementSi l’on entraîne un aimant permanent (N S) en rotation autour de l’axe X Y (figure1), on constatequ’un disque de cuivre, monté libre en rotation sur le même axe, est entraîné en rotation par l’aimantmais tourne un peu moins vite que ce dernier.Figure 1Explication :Le champ magnétique tournant, produit par l’aimant en rotation, induit dans le disque conducteur encuivre des courants de Foucault. Ceux-ci d’après la loi de Lenz doivent s’opposer à la cause qui leur adonné naissance. Comme les courants induits ne peuvent empêcher la rotation de l’aimant, ilsentraînent le disque en rotation, ce qui diminue le déplacement relatif du champ , mais, en aucun cas,le disque ne peut atteindre la vitesse du champ sinon il y aurait suppression du phénomène qui est àl’origine des courants induits.Création d’un champ tournant en triphasé (figure 2)Si on alimente 3 bobines identiques placées à 120 par une tension alternative triphasée : Une aiguille aimantée, placée au centre, est entraînée en rotation ; il y a donc bien création d’unchamp tournant. Un disque métallique en aluminium ou en cuivre est entraîné dans le même sens que l’aiguilleaimantée. En inversant deux des trois fils de l’alimentation triphasée, l’aiguille, ou le disque tourne en sensinverse.Installations industriellesPage 6

I.S.E.T de NabeulDépartement : Génie électriqueFigure2Ce principe est appliqué au moteur asynchrone en remplaçant la partie tournante par élémentcylindrique appelé rotor qui comporte un bobinage triphasé accessible par trois bagues et trois balais,ou une cage d’écureuil non accessible, à base de barres en aluminium.Dans les deux cas, le circuit rotorique doit être mis en court-circuitRotor bobinéRotor à cage d’écureuilInstallations industriellesPage 7