Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

- - - - E E E E - - - - LES MOTEURS ELECTRIQUES Les moteurs électriques (rev3B)

- - - - E E E E - - - - LES MOTEURS ELECTRIQUES Les moteurs électriques (rev3B) 2 Les moteurs électriques (rev3B) 3 SOMMAIRE 1 INTRODUCTION :....................................................................................................................................... 7 2 CLASSEMENT DES MOTEURS: ............................................................................................................... 8 3 FLUX TOURNANT TRIPHASE :................................................................................................................ 9 3.1 Application au moteur asynchrone : .................................................................................................. 11 3.2 Application au moteur synchrone : .................................................................................................... 12 4 TECHNOLOGIE DES MOTEURS : .......................................................................................................... 13 4.1 Moteurs asynchrones : ....................................................................................................................... 13 4.2 Moteurs synchrones : ......................................................................................................................... 14 4.3 Utilisation des moteurs : .................................................................................................................... 14 5 LES DEMARRAGES : ............................................................................................................................... 16 6 LES GRANDEURS ELECTRIQUES ASSOCIEES AUX MOTEURS :................................................... 20 6.1 Moteur au démarrage : ....................................................................................................................... 20 6.1.1 Mise sous tension :........................................................................................................................ 22 6.1.2 Anomalies à la mise sous tension :................................................................................................ 24 6.2 Moteur en fonctionnement :............................................................................................................... 25 6.2.1 L'échauffement.............................................................................................................................. 25 6.2.1.1 Définition des constantes thermiques :..................................................................................... 29 6.2.1.2 Echauffement (du rotor) dû à la composante inverse : ............................................................. 33 6.3 Flux rémanent des moteurs asynchrones............................................................................................ 36 6.4 Utilisation des moteurs : .................................................................................................................... 38 7 COMPORTEMENT DU MOTEUR EN PRESENCE D'UN DEFAUT : ................................................... 39 7.1 Cas du moteur asynchrone :............................................................................................................... 39 7.2 Cas du moteur synchrone :................................................................................................................. 40 7.3 Calcul des courants de défaut............................................................................................................. 41 7.4 Calcul de la chute de tension au démarrage et à la réaccélération : ................................................... 44 8 PROTECTION DES MOTEURS :.............................................................................................................. 47 8.1 Protection contre les surcharges thermiques :.................................................................................... 48 8.1.1 Protection par mesure directe de température (F23) : ................................................................... 48 8.1.2 Protection par image thermique (F49) :......................................................................................... 49 8.2 Protection les déséquilibres de courant (F46) les coupures de phase / inversion de phases (F47)..... 52 8.3 Protection contre un court-circuit entre phases (F50/51) :................................................................. 53 8.4 Protection contre des défauts phase-terre (F50N/51N, F64, F67N) :................................................. 54 8.4.1 Neutre direct à la terre :................................................................................................................. 54 8.4.2 Neutre à la terre par une impédance :............................................................................................ 55 8.4.3 Neutre isolé : ................................................................................................................................. 56 8.5 Protection contre un démarrage trop long ou un rotor bloqué : ......................................................... 58 8.5.1 Démarrage trop long (F48):........................................................................................................... 58 8.5.2 Rotor bloqué (F51LR):.................................................................................................................. 59 8.6 Protection contre les démarrages trop fréquents (F66) : .................................................................... 62 8.7 Protection contre le désamorçage des pompes (F37) :....................................................................... 62 Les moteurs électriques (rev3B) 4 Les moteurs électriques (rev3B) 5 8.8 Protections complémentaires pour les moteurs de forte puissance : .................................................. 63 8.8.1 Protection à minimum de tension (F27-1) :................................................................................... 63 8.8.2 Protection de tension rémanente (F27-2) : .................................................................................... 63 8.8.3 Protection à minimum de tension directe (F27d) : ........................................................................ 63 8.8.4 Protection à maximum de tension(F59/F59d) :............................................................................. 64 8.8.5 Protection à minimum de fréquence (F81U) :............................................................................... 64 8.8.6 Protection à maximum de fréquence (F81U) : .............................................................................. 64 8.9 Protections spécifiques au moteur synchrone : .................................................................................. 65 8.9.1 Protection contre les pertes de synchronisme (F78) :.................................................................... 65 8.9.2 Protection contre la perte d’excitation (F40) :............................................................................... 65 8.9.3 Protection contre un fonctionnement en alternateur (F32) :.......................................................... 66 8.9.4 Protection contre la mise à la masse du rotor (F64R) :.................................................................. 67 8.9.5 Protection contre cos ϕ incorrect (F55) :....................................................................................... 67 8.10 Problèmes liés aux permutations de source (réseau avec des moteurs) ............................................. 67 Les moteurs électriques (rev3B) 6 Les moteurs électriques (rev3B) 7 1 INTRODUCTION : Pour effectuer les différentes fonctions de protection il est nécessaire de disposer d’un maximum d’informations sur les caractéristiques du moteur. Celles-ci peuvent être connues auprès du Constructeur de moteurs ou à défaut par la lecture des plaques signalétiques. Les renseignements, dans ce dernier cas sont obligatoirement fragmentaires. ! Les données Constructeur : * Puissance nominale du moteur. * Tension d’utilisation. * Type de Service. * Classe de l’isolant. * Surcharge permanente admissible. * Courant nominal. * Cos ϕ nominal. * Rendement η nominal. * Courant de démarrage. * Temps de démarrage. * Temps où le rotor peut rester bloqué. * Nombre de démarrages autorisés à froid. * Dans un temps de référence à froid. * Temps d’attente entre deux démarrages consécutifs à froid. * Nombre de démarrages autorisés à chaud. * Dans un temps de référence à chaud. * Temps d’attente entre deux démarrages consécutifs à chaud. * Constante de temps thermique à l’échauffement. * Constante de temps thermique au refroidissement. * Courant inverse permanent admissible. * Courant inverse temporaire admissible pendant un temps de référence. * Cas des pompes : courant et cosinus ϕ à vide, courant minimal d’utilisation. * Pour les calculs d’apport de courant de défaut voir chap.6. ! Les données Fournisseur d’énergie sur l'alimentation : * Puissance de court-circuit maximum entre phases du réseau. * Puissance de court-circuit minimum entre phases du réseau. * Puissance de court-circuit maximum phase-terre du réseau. * Puissance de court-circuit minimum phase-terre du réseau. * Taux de déséquilibre (en tension) maximum garanti. Les moteurs électriques (rev3B) 8 ! Les données des plaques signalétiques : a) Plaque signalétique du moteur : * Tension nominale d’utilisation. * Soit la puissance active «électrique» exprimée en watt avec indication du cos ϕ, du rendement η et éventuellement du courant de démarrage. * Soit la puissance «mécanique» exprimée en CV avec indication du cos ϕ, du rendement η et éventuellement du courant de démarrage. * Soit la totalité des renseignements ci-dessus. b) Plaque signalétique des transformateurs de courant: Rapport de transformation : Inp / Ins # Exemple 1: 60 / 5 A ce qui signifie que : le courant nominal primaire(Inp) du transformateur de courant est de 60 A, le courant nominal secondaire(Ins) du transformateur de courant est de 5 A. Puissance et Classe de Précision # Exemple 2: 15 VA classe 5 P 20 ce qui signifie que : l’erreur composée (angle + rapport) de précision sera de 5% à 20 fois le courant nominal (soit 5*20 = 100 A) sur une charge de 15 VA (soit une résistance équivalente de 15/5² = 0.6 Ω). 2 CLASSEMENT DES MOTEURS: Ne seront évoqués ci-après que les moteurs alimentés par du courant alternatif triphasé (principalement à Service Continu), sont donc exclus les moteurs à courant continu ou à alimentation par courant alternatif monophasé. Les moteurs sont classés par : * Niveau de tension (donc puissance). * Principe de moteur (asynchrone & synchrone). BT: U < 400 V, Sn théorique < 132 kW, Sn pratique < 150 kW ou 200 CV = moteur asynchrone. Les moteurs électriques (rev3B) 9 MT: 400 V < U < 20 kV (en pratique de 2 à 6.6 kV) 100 kW < Sn théorique < 2 MW ou 2700 CV, Sn pratique maximum < 3.5 MW ou 4700 CV = moteur asynchrone. MT: 400 V < U < 20 kV (en pratique de 2 à 6.6 kV) Sn théorique > 2 MW ou 2700 CV, Sn pratique minimum > 1.5 MW ou 2000 CV = moteur synchrone. Nota: Il y a recouvrement entre les puissances, car d’autres considérations sont à prendre en compte : # Exemple : • on dispose au point d’alimentation de MT. • nécessité de compenser l’énergie réactive. • groupe convertisseur. Conclusion : 2 MW > Sn = moteur asynchrone (BT ou MT suivant puissance) = coût réduit d’achat = rendement de 0.8 à 0.9 Sn > 2 MW = moteur synchrone (MT) = plus onéreux à l’achat = rendement de 0.95 3 FLUX TOURNANT TRIPHASE : - Réalisé avec 3 inductions sinusoïdales triphasées dans le même plan dont les directions sont fixes dans l’espace et décalées de 120°. - Les expressions algébriques sont : b1 = Bm sin ωt b2 = Bm sin ωt - 2π/3 b3 = Bm sin ωt - 4π/3 Les moteurs électriques (rev3B) 10 Au même instant, chaque vecteur induction est représenté par les graphiques ci-dessous : B 1 A b1 à l’instant t = π/2ω 0 3 2 b1 = Bm sin ωt = Bm sin π/2 = Bm On peut remplacer b1 par 2 vecteurs circulaires OB et OA d’amplitude Bm/2 (vecteurs en phase àl’instant t = π/2ω) et de vitesse angulaire ω. 1 D b2 à l’instant t = π/2ω (au même instant) 0 C 3 2 On peut remplacer b2 par 2 vecteurs circulaires OD et OC d’amplitude Bm/2 1 F b3 à l’instant t = π/2ω (au même instant) 0 E 3 2 On peut remplacer b3 par 2 vecteurs circulaires OF et OE d’amplitude Bm/2 Les moteurs électriques (rev3B) 11 b1 Les 3 inductions au même instant b1 = Bm sin ωt 1 BADF b2 = Bm sin ωt - 2π/3 b3 = Bm sin ωt - 4π/3 O b1, b2, b3 à l’instant t = π/2ω C E (au même instant) 3 2 b3 b2 Conclusion : - Les 3 inductions circulaires OB, OC, OE s’annulent. - Les 3 inductions circulaires OA, OD, OF coïncident, leur somme est égale à 3/2 Bm. - Même résultat quel que soit l’instant d’observation. - La somme en un point suivant trois directions décalées de 120° de 3 inductions sinusoïdales triphasées est une induction circulaire tournante. Pour les moteurs 2 types de machines sont utilisés: 3.1 Application au moteur asynchrone : Le moteur asynchrone est un moteur dont le rotor tourne à une vitesse différente du champ statorique, celle-ci est fonction de la charge mécanique résistante uploads/Geographie/ e-les-moteurs-electriques-rev3b.pdf