Le moteur asynchrone triphasé

I. Constitution :

Le moteur asynchrone triphasé, qui est le récepteur de puissance des installations industrielles, est formé d'un :

• Stator : la partie fixe du moteur. Il comporte trois bobinages (ou enroulements) qui peuvent être couplés en étoile Y ou en triangle ∆ selon le réseau d'alimentation.
• Rotor : la partie tournante du moteur. Cylindrique, il porte soit un bobinage (d'ordinaire triphasé comme le stator) accessible par trois bagues et trois balais (figure 3), soit une cage d'écureuil non accessible,à base de barres conductrices en aluminium(figures1et 2).

            

                                                               

Le moteur asynchrone à cage est très répandu dans le domaine industriel, de par sa grande robustesse mécanique, son faible coût et sa très bonne standardisation. La plage des puissances des machines asynchrones s'étend de la centaine de Watts à la dizaine de Mégawatts. 

Figure 4 : le moteur asynchrone triphasé 

II . Branchement du moteur asynchrone tripahsé :

Le stator d'un moteur asynchrone triphasé comporte trois enroulements identiques qui sont couplés :

• Soit en étoile (Y)
• Soit en triangle (∆)

Le choix du couplage dépend :

• Des tensions du réseau.
• Des indications portées sur la plaque signalétique qui donne les conditions normales de fonctionnement (dites aussi nominales).

L'utilisateur choisit le couplage qui convient par l'intermédiaire de la plaque à borne du moteur, qui comporte six bornes auxquelles sont reliées les entrées et les sorties des trois enroulements

Normalisation des bornes :

Entrées : U1, V1 et W1.          Sorties : U2, V2 et W2.

Détermination du couplage :

1. si la plus petite tension de la plaque signalétique du moteur correspond à la tension entre phase du réseau on choisit le couplage triangle ∆.
2. si la plus grande tension de la plaque signalétique du moteur correspond à la tension entre phase du réseau on choisit le couplage étoile Y.

Réseau d'alimentation			Plaque signalétique		Couplage adéquat
220v	380 v		220 v	380 v	ETOILE
220 v		380 v	380 v	660 v	TRIANGLE
Tension simple		Tension composée	Tension d'un enroulement	Tension de deux enroulements

III . Principe de fonctionnement :

Les bobinages statoriques, alimentés par des courants triphasés de pulsation w, créent un champ magnétique  B tournant à la vitesse W_s=w/p où p est le nombre de paire de pôles au stator.

Ce champ (flux) tournant balaie le bobinage rotorique et y induit des forces électromotrices (fèm) d'après la loi de Lenz. Le bobinage rotorique étant en court-circuit, ces fém y produisent des courants induits.

C'est l'action du champ tournant B sur les courants induits qui crée le couple moteur. Ce dernier tend à réduire la cause qui a  donné naissance aux courants, c'est à dire la rotation relative du champ tournant par rapport au rotor. Le rotor va donc avoir tendance à suivre ce champ.

Le rotor tourne forcément à une vitesse W < W_s (d'où le terme asynchrone).

Pour changer le signe de W_s (donc le sens de rotation), il suffit de permuter deux fils de phase.

IV. Problème de démarrage des moteurs asynchrones :

Le branchement du moteur au réseau de distribution peut se réaliser :

1.    Sans perturbation pour les autres récepteurs et sans détérioration du moteur : l'équipement de démarrage est dit à démarrage direct.

2.    Avec perturbations à la fois pour le réseau et les autres récepteurs ou avec détérioration du moteur : l'équipement de force motrice doit assurer le démarrage suivant un procédé qui élimine ou qui réduit dans leurs limites réglementaires ces perturbations et qui évite toute détérioration.

D'une façon générale et quel que soit le type de moteur, les différents procédés de démarrage ont pour objectif la réduction de l'intensité de démarrage.

 V. Démarrage direct :

      V.1 Principe : 

Dans ce procédé le stator du moteur est branché directement sur le  réseau d'alimentation triphasé. Le démarrage s'effectue en un seul temps.

       V.2 Caractéristique technique :

Seuls les moteurs asynchrones triphasés avec rotor en court-circuit ou rotor à cage peuvent être démarrés en direct.

Au démarrage du moteur la pointe d'intensité est de l'ordre de 4 à 8 fois l'intensité nominale.

Le couple au décollage est important, environ 1,5 fois le couple nominal.

V.3 Démarrage direct semi-automatique un sens de marche :

On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans un sens de rotation par un bouton poussoir S₁ et l'arrêter par l'appui sur un bouton poussoir S₀.

V.3.1      Schéma fonctionnel :

V.3.2      Circuit de puissance :

 F : contact auxiliaire du relais thermique
 S₀ : bouton poussoir arrêt
 S₁: bouton poussoir marche
 KM1 : bobine du contacteur
 KM11 : contact auxiliaire du contacteur

 V.3.3      Circuit de commande :

F : contact auxiliaire du relais thermique

                       S₀ : bouton poussoir arrêt

                       S₁: bouton poussoir marche

                       KM1 : bobine du contacteur

                       KM11 : contact auxiliaire du contacteur

V.4 Démarrage direct semi-automatique deux sens de marche :

On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé dans deux sens de rotation, par un bouton poussoir S₁, on commande le sens 1 et on démarre le sens 2 par un bouton poussoir S₂ et l'arrêter par l'appui sur un bouton poussoir S_0.

V.4.1      Schéma fonctionnel :

V.4.2      Circuit de puissance :

KM1 : contacteur sens 1

                       KM2 : contacteur sens 2

 V.4.3      Circuit de commande :

récupération de la charge en fluide frigorigène

Les installations industrielles

I .Constitution des installations: 

Les installations industrielles des automatismes sont sépares en deux parties bien distinctes appelés: circuit de commande et circuit de puissance.

I.1 Circuit de commande :

Il comprend tous les appareils nécessaires à la commande et au contrôle des automatismes.

Il est composé de:

• Une source d'alimentation.
• Un appareil d'isolement. (contacts auxiliaires du sectionneur).
• Une protection du circuit (fusible, disjoncteur).
• Appareils de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur physique).
• Organes de commande (bobine de contacteur).

I.2 Circuit de puissance :

Il comprend les appareils nécessaires au fonctionnement des récepteurs de puissances et sert à exécuter les ordres reçus du circuit de commande.

Il est composé de:

• Une source d'alimentation généralement triphasée.
• 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 puissance (des moteurs).

Remarque :

    - Deux éléments différents d'un même appareil peuvent être repartis dans les deux circuits

Exemple: le contacteur, le sectionneur;

     - les circuit de commande et de puissance possèdent chacun leurs propres alimentation.

Circuit d commande	Circuit de puissance
le choix se fait et dépend des caractéristiques des organes de commande (relais, contacteur)	le choix dépend des caractéristiques des récepteurs de puissances(moteur).

II        Appareillages électriques:

II.1 Appareils d'isolement :

II.1.1Le sectionneur:

• il n'a pas de pouvoir de coupure (il ne peut interrompre aucun courant)
• sa manœuvre se fait à vide

 II.1.2      Le fusible sectionneur:

un appareil qui possède un pouvoir de coupure ; il permet de

• mettre en service une installation.
• mettre à l'arrêt.
• séparer l'installation de toute source de tension.

II.1.3      interrupteur sectionneur:

un appareil qui possède un pouvoir de coupure ; il permet de:

• mettre en service une installation.
• mettre à l'arrêt.
• séparer l'installation de toute source de tension.

II.2 Appareils de protection :

Chaque installation doit être protégé contre :

• Les court–circuit.
• Les surcharges.

==; Ces deux défauts entraînent toujours une augmentation énorme du courant.

II.2.1      Le fusible:

C’est un appareil composé d'un fil conducteur qui grâce à sa fusion ouvre le circuit lorsque l'intensité du courant dépasse la valeur maximale supportée par le fil.

 Remarque:

Il existe plusieurs types de fusible qui sont:

• les fusibles g, g1, gf qui supportent jusqu à 1,1 fois le courant nominal.
• Les fusibles AD (Accompagnent disjoncteur) supportent jusqu'à 2.7 fois le courant nominal.
• Les fusibles AM (Accompagnent Moteur) supportent jusqu'à 7 fois le courant nominal (protéger contre les courts-circuits.)

II.2.2      Le disjoncteur :

C'est un appareil à commande manuelle ou automatique qui sert à  protéger contre les Court-Circuit et les Surcharges.

  Il peut avoir :

• Un déclencheur magnétique.
• Un déclencheur thermique.
• Un déclencheur magnétho-thermique.

II.2.3      Le relais de protection:

 Constitué d'un déclencheur et d’un contact auxiliaire à ouverture.

II.3 Appareils de commandes :

Ce sont les appareils qui permettent la mise en fonctionnement d'un automatisme.

 Il Existe deux types de commande :

• manuelle.
• automatique.

II.3.1      Appareils de commande manuelle: 

II.3.1.1    interrupteur :                                      

il possède deux états stables.       II.3.1.2     Commutateur : C’est un appareil qui permet de sélectionner  un mode de fonctionnement.                II.3.1.3     Bouton poussoir : Il possède un seul état stable. une action manuelle fait changer son état. II.3.2      Appareils de commande automatique: II.3.2.1     Interrupteur de position: Ils sont constitués de contacts qui se placent sur le parcourt des éléments mobiles de façon  à être actionnés lors d'un déplacement. Exemple: interrupteur de position de fin de course.                                                 A ouverture  A fermeture                                                 II.3.2.2     Détecteurs de grandeurs physiques (électrique):                                        Changement d'état du contact pour une valeur de courant >5A.   II.4 Organes de commande : Tous récepteurs qui se placent dans le circuit de commande s'appellent organes  de commande. II.4.1      le contacteur:    Il permet de commander un appareil ou un récepteur de puissance à distance. II.4.2      le relais temporisé: Il est composé de : une bobine un ou plusieurs contacts à action temporisée par rapport à l'excitation de la bobine. Contact à ouverture temporisé à la fermeture     Contact à fermeture temporisé à la fermeture

Constitution des centrales de traitement d’air

Les centrales de traitement d’air (CTA) permettent de maîtriser en température et parfois en hygrométrie la qualité de l’air soufflé.

Les centrales sont constituées d’éléments préfabriqués et assemblés dans un caisson de soufflage et éventuellement dans un caisson de reprise.

Les centrales de traitement d’air sont principalement utilisées :

• Pour traiter l’air neuf d’aération à introduire dans les bâtiments.

On parlera alors de centrale d’aération ou de centrale « tout air neuf ».

Le plus souvent, une centrale d’aération ne participe pas au chauffage des locaux. Elle n’assure que le réchauffage (et éventuellement le refroidissement) de l’air neuf, pour l’amener de la température extérieure à la température ambiante. L’air neuf soufflé est alors neutre d’un point de vue thermique (il n’apporte ni chaleur ni refroidissement) aux locaux concernés.

Le chauffage et la climatisation des locaux sont alors assurés par un autre système à même de traiter les déperditions (hors aération) et éventuellement les charges de climatisation. Il peut s’agir par exemple d’un circuit de radiateurs ou de ventilo-convecteurs.

• Pour assurer l’aération et le chauffage (et éventuellement le refroidissement) des locaux.

Le seul débit nécessaire à l’aération des locaux (20 à 30 [m³/h] et par personne) est en général trop faible pour permettre le chauffage (et éventuellement la climatisation) des locaux. En complément de l’air neuf, la centrale recycle alors de l’air repris dans les locaux traités. La centrale n’est plus de type « tout air neuf ».

Une centrale de traitement d’air peut comporter :

	Image	Symbole
Une grille de prise d’air neuf extérieure.
Un registre d’entrée d’air neuf.
Un ensemble de 2 ou 3 registres permettant le réglage des débits d’air neuf, d’air recyclé, d’air rejeté, le tout constitue le caisson de mélange.
Une ou plusieurs sections de filtration.	Filtre plan	Symbole général filtreé                     Filtre plissé                      Filtre à poche
Une ou plusieurs batteries de chauffage à eau chaude, à vapeur ou électriques.
Une batterie froide soit : - à eau glacée - à détente directe (la batterie est dans ce cas directement alimentée par le fluide frigorigène).
Une pare-gouttelette parfois constitué d’un simple grillage qui évite l’entraînement de l’eau de condensation sur la batterie froide.
Un humidificateur à ruissellement à eau recyclée.
Un humidificateur à pulvérisation à eau recyclée.	Source énergie+
Un humidificateur à pulvérisation à débit variable (brumisateur).
Un groupe moto ventilateur à entraînement direct (raccordement direct par l’arbre de transmission) ou par un jeu de poulies-courroie.
Un humidificateur à vapeur.
Le caisson de reprise (ou d’extraction) de la centrale d’air comporte un groupe moto ventilateur de reprise.
La centrale d’air peut être raccordée à une grille de rejet d’air extrait.

 la nomenclature des équipements présents sur la centrale d'air ci-dessous :

1 : Grille d’entrée d’air neuf
2 : Registres
3 : Caisson de mélange
4 : 1er rang de filtration, filtre plissé
4 bis : 2ème  rang de filtration, filtre à poche
5 : Batterie chaude
6 : Batterie froide
7 : Pare gouttelette
8 : Humidificateur à pulvérisation d’eau recyclée
9 : Moteur du ventilateur de soufflage
10 : Ventilateur de soufflage
11 : Humidificateur à vapeur
12 : Groupe motoventilateur de reprise (ou d’extraction)
13 : Grille de rejet
14 : Caisson de soufflage            
15 : Caisson de reprise (ou d’extraction)
16 : Gaine de soufflage
17 : Gaine de reprise (ou d’extraction)
18 : Gaine de rejet