ELEC 0008 2020-2021
Electricité / Machine
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Avant d'entrer dans le détail des technologies nous allons aborder certaines notions communes.
Vitesse et couple
La vitesse de rotation d'une machine est notée
N quand on l'exprime en tr/mn
n quand l'unité est exprimé en tr/s.
La pulsation de rotation d’une machine se détermine avec les formules Ω = 2 pi n
Ω = 2x pi * N/60
Ω est en rad/s n en tr/s N en tr/mn
Les courbes de couple des machines et des récepteurs sont à analyser, elles permettent de déterminer le point de fonctionnement.
Un compresseur demande un couple élevé au démarrage il faudra que le moteur puisse fournir un couple supérieur pour le mettre en rotation alors que les machines de ventilation on un faible couple de démarrage.
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Electricité / Machine
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Puissance et énergie
Pour déplacer une masse m sur une longueur l on développe une énergie W = f . l = m . g . l
W : énergie en watt heure Wh f : force en N Newton
g : gravité en m/s² (9.81) l longueur en mètre (m)
La puissance nécessaire pour déplacer la masse m sur une longueur l en un temps t sera d’autant plus importante que le temps sera réduit
P = W / t = m . g . l / t = m . g .V
W énergie en Wh V : vitesse en m/s t en seconde (s)
Pour accélérer la masse m il faut appliquer une force motrice supérieure, fm, aux forces résistantes, fr.
fm - fr = m .dV/dt
Fm force motrice Fr force résistante
dV/dt accélération en m/s²
Un moteur entraine un réducteur et peut transformer un mouvement de rotation en translation (convoyeur système bielle manivelle)
Pour accélérer une charge une machine tournante doit fournir un couple moteur Tm supérieur au couple résistant Tr.
Tm - Te = J dΩ / dt J inertie du moteur, du réducteur et de la charge. Kg / m² dΩ / / dt accélération angulaire rad/s²
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3/8 Puissances et rendement
Selon que la machine fonctionne en moteur ou en générateur la puissance absorbée sera électrique ou mécanique et la puissance utile fournie sera électrique ou mécanique.
Les machines sont dites réversibles si elles peuvent fonctionner en moteur et en générateur.
Puissance absorbée Puissance utile
Moteur électrique mécanique
Générateur mécanique électrique
En pratique ce sont les convertisseurs associés, les variateurs, qui permettront ce fonctionnement.
Si les machines sont réversibles leur alimentation doit permettre de réinjecter le courant sur le réseau ou de l’évacuer via des résistances.
Ainsi dans une phase de freinage, l’énergie mécanique due à l’inertie de la charge et la transformera en énergie électrique ou en chaleur par effet joule.
La puissance indiquée sur les plaques des machines électriques est toujours la puissance utile.
Selon que les machines fonctionnement en moteur ou en générateur les puissances peuvent être différentes, en général le moteur fournira plus de puissance que le générateur.
La puissance mécanique P ou Pmeca peut se mesurer et se calculer ainsi Pmeca= T . Ω
Pm en w
T en Nm, couple utile ( noté aussi Cu) Ω en rad/s
La puissance électrique se mesure, selon que le fonctionnement elle sera reçue ou fournie On rappelle qu’il y a trois puissances électriques P, Q et S et qu’un circuit se caractérise par son cos φ ou mieux avec la tan φ.
La puissance absorbée par un système est notée Pa, le système aura des pertes et fournira une puissance active utile est noté Pu
La puissance électromagnétique peut être calculée pour déterminer les pertes collectives et mécaniques.
Le rendement des machines tournantes est relativement important dépassant les 90% selon la gamme de puissance des machines. Il faudra considérer également le rendement des
convertisseurs associés aux machines.
Le rendement se détermine avec la relation suivante
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η = Pu / Pa η rendement (sans unité)
Pu puissance utile Pa puissance absorbée Fonctionnement stable et instable
Selon les caractéristiques de la machine entrainante et de la charge entrainée on peut observer des phénomènes d’instabilité.
le point de fonctionnement en a est instable car il ne peut être maintenu.
Soit le moteur accélère franchement et vas déplacer le point de fonctionnement en b soit il cale et la vitesse devient nulle. Des
phénomènes d’instabilité peuvent se produire dans des conditions particulières.
Un compresseur d’air démarre à vide, en Y/D, puis est mis en pression, ceci permet au moteur de démarrer. Le moteur atteint sa vitesse à vide N (Ns sur la courbe)
Puis le clapet de charge est activé et le moteur est mis en charge, le couple résistant T mech ramène le point de fonctionnement en b.
Au point b les variations de couple déplaceront le point de fonctionnement mais il sera ramené au point b correspondant au fonctionnement nominal. On dit que le point de fonctionnement b est stable.
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Machines tournantes en Courant Alternatif triphasée
Ces séries de machines sont normalisés, en termes de dimensions et de caractéristiques. Voici quelques valeurs usuelles à titre indicatif
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Machines statiques
Les convertisseurs sont des composants d’électronique de puissance mises en œuvre sont
déterminés selon la nature du courant, les niveaux de tension, les machines et leurs alimentations.
On distingue plusieurs types de convertisseur selon la nature et les niveaux des signaux en entrée et sortie.
Les redresseurs généralement associés aux transformateurs. Ils transforment le courant alternatif en courant continu. Ils sont constitués de diodes et de thyristors.
Les gradateurs sont de deux types. Les gradateurs à angle de phase sont utilisés dans les variateurs de lumière et de vitesse. Les gradateurs à train d’ondes sont plus employés dans des applications de chauffage.
Les Hacheurs sont élévateurs ou abaisseur, ils transforment le courant continu d’une tension en une autre et permettent de faire varier la tension des machines.
Les onduleurs autonomes sont utilisés pour fournir du courant alternatif depuis une tension continu.
Les onduleurs assistés produisent aussi une tension mais elle est imposée par le réseau alternatif on les emploie dans des applications ou l’énergie peu être récupérée.
Les onduleurs sont employés pour produire le 230Vca depuis du 24Vcc, ils permettent de protéger les équipements des perturbations du réseau électriques et d’assurer un secours en cas de coupure de l’alimentation
Les convertisseurs sont associés entre eux pour former les équipements. Un variateur est constitué d’un étage redresseur et d’un étage onduleur autonome. Les progrès de l’électronique de puissance leur permettent de délivrer jusque 6500V on peut ensuite utiliser les transformateurs pour relever les tensions.
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Machines magnétiques
Transformateur
Les transformateurs sont des machines statiques et magnétiques. Ils transforment une tension alternative en une autre tension alternative.
Un transformateur est généralement réversible, un transformateur peut abaisseur ou élévateur selon les tensions d’alimentation et de sortie.
Les EPIs sont à adapter ci contre à gauche HTA et à droite HTB
Les transformateurs sont normalement réversibles. Un transformateur abaisseur alimenté en HTA fournit du 400V.
Inversement un transformateur élévateur utilisera du 400V ou du 5000V pour délivrer de la haute tension
Outre la fonction transformation le transformateur permet d’isoler les circuits entre eux. Ainsi ils sont très employés dans les raccordements aux quais ou le SLT est imposé (TNS) alors que le SLT retenu peut être TT ou IT en salle de machine. Un transformateur permet de choisir le SLT aval.
Les transformateurs peuvent être associés en parallèle pour lutter contre les
perturbations harmoniques des
convertisseurs. Les transformateurs filtrent les harmoniques
Les transformateurs comportent des prises intermédiaires permettant d’ajuster les tensions et doivent être couplé (couplage Dyn11 + courant).
Les couplages indiquent le déphasage entre les tensions primaires et secondaire
D delta ou triangle au primaire (lettre majuscule) y étoile au secondaire (lettre minuscule)
n neutre sorti impératif pour les SLT
11 indique en h le déphasage ici les tensions secondaires sont en avance de 1h soit 30°(360/12).
Outre la sécurité et la distribution les transformateurs sont très employés en mesure, transformateur de courant, de tension et tore de détection.
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8/8 Positionneur et Servomoteur
Les servomoteurs, les positionneurs pneumatiques vérin et servomoteur hydraulique peuvent être commandés électriquement
Les signaux électriques sont convertis en une autre énergie. Les électroaimants permettent de commander des vannes des distributeurs.
Pour les applications de régulation on utilise des
positionneurs ceux-ci convertissent un signal analogique ou numérique en position. L’électronique interne gère le positionnement selon le signal reçu.
Dans de nombreux cas les équipements dispose d’une mesure dite recopie renvoyant la position de l’actionneur
