Julien

Dernière mise à jour le 25/01/2014

Présentation


Ce présent article permet de comprendre, de calculer et de voir comment se comporte un jeu de barre (tri ou mono) lorsque celui-ci se trouve confronté à un court-circuit. Je ne ferais pas un court magistral mais donné des notions pour le choix du ou des jeux de barres. Ils existent plusieurs techniques pour calculer un jeu de barre et plusieurs paramètres à pendre en compte, c’est pour cela que l’article qui suit est une ébauche sur le choix d’un jeu de barre.

Introduction


Le problème de la tenue aux efforts électrodynamiques se situe sur les circuits de puissance BT de l’installation. Elle est fonction principalement de l’intensité du courant de défaut mais aussi de la forme des conducteurs. Il peut être résolu par calcul. Mais seule la validation par un essai grandeur réelle permet de fournir un document reconnaissant la conformité aux exigences normatives. Les intensités très élevées qui peuvent apparaître lors d’un court-circuit entre les différents conducteurs d’une installation BT (conducteurs massifs du type barres, câbles…) engendrent des efforts considérables (plusieurs milliers de daN par mètre).Leur détermination est donc nécessaire afin de dimensionner mécaniquement. les conducteurs eux-mêmes et les structures qui les supportent pour qu’ils résistent à de tels efforts quelles que soient les protections placées en amont et en aval (les normes demandent des essais de tenue électrodynamique d’une durée d’une seconde). Le calcul exact des efforts électrodynamiques est souvent complexe compte tenue de la géométrie des conducteurs et des structures associées.


Disposition du conducteur
Pour transporté de fortes intensités, en courant alternatif, il n’est pas possible d’utiliser un conducteur unique, qu’il soit plein, méplat, ou rond. En effet, la self induction réduit la section utile offerte au passage du courant à une « peau » qui rend illusoire l’augmentation des dimensions.


Pourquoi le jeu de barre va se tordre en fonction du courant de court-circuit (kA)
Pour examiner de plus près ce phénomène, il faut étudier un point situé sur le jeu de barre, et désolé mais les mathématiques vont apparaitre encore une fois.

Champ magnétique cree par un courant


Loi de Biot et Savart.Les physiciens français Biot et Savart ont trouvé l’expression du champ magnétique.Un fil conducteur rectiligne de longueur infinie, parcouru par un courant I , crée, en un point M de l’espace situé à une distance r du fil, un champ magnétique dont :
– la direction est telle que les lignes de champ soient des cercles axés sur le fil.
– le sens est donné par la règle du ″bonhomme d’Ampère″: celui-ci, lorsqu’il est parcouru par I , des pieds vers la tête, voit en M le champ à sa gauche.


Ce qu’il faut retenir c’est que la formule de Biot et Savart donne la valeur du champ magnétique part :
B=(µ0*I)/(2*3,14*R)
B : Champ magnétique
µ0 : μ0 est la perméabilité magnétique du vide C’est une constante universelle
μ0=4p×10-7 H/m.
R : la distance du point du champ (si nous voulons le calculer) par rapport au fil.


Direction des lignes de champs lorsque deux conducteurs sont en parallèles

lignes-de-champs
Pas super le dessin mais cela donne une idée…
Deux conducteurs en parallèles (ou deux jeux de barres) formes des lignes de champs entres ces deux jeux de barres. La direction de ces lignes de champs dépend du sens du courant (les deux courants situés vers le haut), et si ce courant est dans le même sens alors nos avons pour le jeu de barre qui est situé à gauche une ligne de champs qui donne une face Nord et pour le jeu de barre qui est situé à droite donne une face sud. En effet si on analyse le sens du champ magnétique du jeu de barre situé à gauche, on peut représenter un « N » comme Nord et pour le jeu de barre situé à droite on peut représenter un « S » comme Sud.
Cette petite analyse donne naissance à deux pôles qui s’attirent lorsque ils ne sont pas du même nom, et il en résulte que ces deux jeu de barre vont théoriquement s’attirer comme le montre les flèches rouge).
Si les courants avaient été dans le sens inverse alors nous obtenons des pôle de même nom et il en résulte que dans ce cas les barres se repoussent.

Exemple1


Prenons pour exemple deux jeux de barres qui sont parcourus par le même courant, et prenons un courant de court-circuit de 30kA avec une distance entre ces barres de 50cm sur une longueur de 5m.
A partir de la loi de Laplace et de la loi de Biot et Savart, on montre que les deux fils s’attirent avec une force d’intensité :
F1=F2=BIL=(µ0*I)/(2*3,14*R)*L (F=BIL si l’angle égale 90° sin 90°=1)

Ainsi si on mélange Laplace F=B*I*L* sin (x) puis Biot et Savart nous obtenons une force de
F1=F2=(4*3,14*10^-7*30000)/(2*3,14*0,05)*5=0,6N => soit environ 6 Kg


Puis pour une longueur de 10m
F1=F2=(4*3,14*10^-7*30000)/(2*3,14*0,05)*10=1,2N=> soit environ 10 Kg
Le rayon de courbure de ces deux jeux de barres pourrait bien venir s’embrasser et avoir le coup de foudre …


Méthode par abaque

facteur-de-forme
(clique pour agrandir)
Bien entendu les calculs donnés précédemment donne une vison de ce qu’il pourrait se passer, une méthode plus rigoureuse est l’utilisation d’une courbe (comme celle situé ci-dessus). Nous pouvons cependant calculer l’effort maximum en courant continu et en monophasé par la relation suivante :
Fmax = 2,04*I1*I2*(L/s)*10^-8
Avec
Fmax : Force maximal en Kg
I1 et I2 : courant en Apmères
L : longueur des conducteurs en cm entre support (ou cales)
s : distances séparant les conducteurs en cm.


Puis en court-circuit :
I1 = I2 = I (I représente bien entendu la valeur maximum que peut prendre le courant de court-circuit)
Fmax = 2,04*I²*(L/s)*10^-8

 

 

Facteur de forme
La formule précédente ne s’applique qu’à des conducteurs ronds. Lorsqu’il s s’agit de matériaux plats, il est nécessaire d’introduire un facteur de correction K dans la formule, sauf si les conducteurs sont très petit ou très éloignés (Dwight).

On a alors :
Fmax= 2,04*I²*(L/s)*K*10¨-8La courbe précendete donne K en fonction de l’expression (s-a)/(a+b) pour différentes valeurs de (a/b) ; « a » représentant l’épaisseur de la barre ou du groupes de barres, « b » la hauteur de la barre ou du groupes de barres, et « s » l’entraxe des barres ou groupes de barres.

Exemple 2


exemple-18

Effort s’exerçant en cas de court-circuit monophasé sur une portée entre deux barres de 200*12,5mm écartées de 100mm. Longueur de la portée : 4m
Courant de court-circuit I=30kA


Détermination de K :
a=1,25cm ;
b=20cm ;
s=10cm.
a/b=1,25/20=0,06
(s-a)/(a+b)=8,75/21,25=0,41
K=0,68 (environ)
L/s=400/10=40

Pour un court-circuit monophasé la figure 3 donne la valeur de la force unitaire noté F, on peut relevé pour I=30kA F=18,4Kg
D’où Fmax=18,4*40*0,68=500kG !! (environ).


Grâce à cette valeur nous pouvons déterminer le support des isolateurs, en calculant le moment de flexion c’est ce que nous allons voir juste en dessous ;-).

Moment de flexion résultant


Nous avons trouver Fmax, il faut mainenant trouver le moment de flexion résultant soit M avec :

M=(F*L²)/k
L : distance entre appuis
k : coefficient dépendant du mode de fixation (8 pour les appuis simple et 12 pour les encastrement).
À vous de jouer maintenant 😉

Dernière mise à jour le 12/04/2014

Présentation


Il est parfois nécessaire de se munir de doubleur de tension quand justement, la tension au niveau du transformateur est faible. Ils ne peuvent pas fonctionner à partir d’une tension continue, et il faut dans ce cas transformer la tension continue en une tension alternative. Le but de ce présent article est de calculer les composants nécessaires pour subvenir à vos besoins. En utilisant seulement deux condensateurs et deux diodes nous avons un doubleur de tension, retse à savoir comment les placer et comment les déterminés c’est le but de l’article.

Doubleur de tension de Latour


Doubleur de tension de Latour

Fonctionnement
Le fonctionnement est le suivant, à la première alternance la tension est positive sur l’anode de D1, et cette même diode devient passante avec une chute de tension d’environ 0,6V, le condensateur étant connecté entre le potentiel positive et le « retour » celui-ci se charge sur la première alternance. Au moment ou l’alternance positive atteint son maximum bien évidement elle diminue, mais le condensateur C1 lui rets chargé à la tension maxi soit 12*racine carré de 2 qui est d’environ 17V (pararrondi). Au moment ou la tension devient nul, et passe au potentiel négatif, c’est la diode D2 qui prend le relais et devient passante, ainsi au tour du condensateur C2 de se charge jusqu’à la tension maxi qui est de -12*racine carré de 2=-17V (tension négative), si on place un voltmètre en sortie de ce doubleur de tension nous obtenons Vout=17-(-17)=34V. Or sachant que la chute de tension des diodes est d’environ 0,6V nous obtenons Vout=34-(0,6+0,6)=34-1,2=32,8V, théorique.


Choix du condensateur
Le condensateur doit pouvoir maintenir une tension crête soit la tension de l’alimentation qui est d’environ 17V. un condensateur de 16V suffit avec les tolérance tous rentre dans l’ordre mais si l’alimentation est supérieur à 12V il serais plus judicieux d’élever la valeur du condensateur.
Courant et tension

calculs.de.latour


Prenons le cas ou une charge serait connectée en sortie et qui celle-ci consomme un courant de500mA, il faudrait dimensionner correctement le condensateur pour que celui-ci donne un peu de pêche à notre montage lorsque la tension est inférieure à la tension emmagasiné par notre condensateur, oui vous avez compris le condensateur doit prendre le relais et fournir le courant au moment de sa décharge. Toujours en prenant le même exemple avec une alimentation de 12V on désire avoir un taux d’ondulation* de 10%, ce qui donne une valeur Max=17V et une valeur Min=15,27V. La valeur moyenne ce situe entre ces deux valeur soit 16,27V.
Ic=C*du/dt => C=(Ic*dt)/du, et oui !! Encore de retour. Il faut se baser par rapport à la tension qui se situe sur le condensateur, le condensateur C1 voit une tension qui correspond uniquement à la 1ère alternance, et la 2ème alternance est assurée par C2. Il en résulte que les condensateurs C1 et C2 voient une sur deux une alternance, la période est donc de 50Hz.
C=(Ic*dt)/du=(0,5*0,0185)/(17-15,27)=5346µF (théorique), si on ajoute une charge qui consomme un courant de 500mA sachant que la chute de tension dans les diodes est de 0,6V on doit avoir une tension aux bornes de cette charge de 30,14V (toujours théorique). La résistance doit être de R1=30,14/0,5=60,28Ohms (théorique encore une fois).
Les résultats sont proches de la théorie, et on retrouve bien Umax =17V (imprécisions des mesures) Umin=15V.

calcul.de.latour-graphs


Taux=(Umax-Umini)/Umoyen

Quadrupleur de tension de Latour


quadrupleur.de.tension.latour


Interessons nous maintenant à un autre type de montage. Comme son nom l’indique ce montage permet de multiplier par 4 fois la tension d’entrée.
Fonctionnement

quadrupleur.de.tension.latour.exemple


Prenons le montage à la mise sous tension, tous les condensateurs sont déchargés, je ne vais pas faire une démonstration de calculs, mais de montrer comment la tension évolue dans le temps. Pour la première alternance positive, la diode D1 est passante, et la tension du réseau évolue jusqu’à la valeur crête soit 12*racine carré de 2=17V (environ), le condensateur C1 se charge et le potentiel A est égale à la tension crête du réseau (si on néglige la chute de tension de la diode D1), on retrouve la valeur max soit 17V à ses bornes (effectivement l’autre extrémité, plus précisément la patte du condensateur est relié au point de référence « 0V »). Le condensateur C1 étant chargé, on retrouve la tension (moins la chute de tension de la diode D3) au potentiel C à un potentiel de d’environ 16,4V. Au moment ou la tension est inférieure au potentiel B (potentiel maintenu fixe grâce au condensateur C1), la diode est bloquée puis plus cette tension diminue plus la tension aux bornes de C3 augmente (bien évidement le potentiel C reste fixe tant que le condensateur ne se décharge pas) ainsi lorsque la tension au potentiel E=A arrive dans l’alternance négative et arrive à la valeur -17V, la diode D2 est passante et le réseau impose sa tension, le condensateur C2 se charge à une tension de -17V, ce qui entraine à rendre passant la diode D4 et ce qui impose -17V au potentiel G (à condition que le condensateur ne se décharge pas).
De retour à l’alternance positive et de retour à la valeur crête le potentiel B inchangé ainsi que le potentiel C, en revanche le potentiel E lui varie entre -17V et +17V, puis les potentiels F et G sont inchangés aussi, et ont des valeurs négative (-17V). Lorsque le potentiel E est situé à +17V la tension aux borne du condensateur C4 est de Veg=Ve-Vg=+17-(-17)=34V. puis lorsque le potentiel E se situe à -17V la tension aux bornes de C3 est de Vce=Vc-Ve=17-(-17)=34V ce qui donne une tension Vcg=34V+34V=68V.
Si on souhaite être à la virgule, il suffit de faire Vout=Vcg=4*12*racine carré de 2-(0,6*4)=65,482V, c’est d’ailleurs ce qu’on obtient en simulation.
Il en résulte que les condensateur C1 et C2 ont une tension de 12*racine carré de 2 moins la chute de tension de la diode (0,6V)= 16,3V,puis pour les condensateurs C3 et C4 la tension est de 2*12*racine carré de 2-(2*0,6V puisque il y’a les deux diodes précédentes en série)=32,7V.


Choix du condensateur
Pour les condensateurs C1 et C2 16V suffit, en ce qui concerne C3 et C4 il suffit de multiplier par deux la tension de service 35V est suffisant, oui!! puisque la tension aux bornes du condensateur est deux fois plus importante que les deux premiers, et si on décide de faire un montage en cascade elle sera encore 4 fois plus importante.
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Courant et tension
On se basera sur le même calcul évoqué précédement.

Historiques


12/04/2014
– 1er mise à disposition

Dimensionnement d’un système d’entraînement


synoptique

Partie 1


Caractéristiques des appareils :
– treuil diamètre du tambour d = 20 cm, h = 0,9
– réducteur : rapport de réduction = 60, h = 0,85
– moteur : vitesse de rotation en charge = 1450 min-‘, h = 0,85,
– diamètre de l’axe d = 20 mm.


1 – Calculer le travail utile effectué (g = 9,81).
2 – Calculer la puissance utile.
3 – Calculer le travail fourni par l’axe du moteur.
4 – Calculer la puissance mécanique fournie par le moteur.
5 – Calculer le total d’énergie consommée et la puissance totale nécessaire.
6 – Calculer la vitesse angulaire du tambour du treuil et le couple correspondant à la force motrice.
7 – Calculer le couple -ramené sur l’axe moteur et la force exercée par le moteur sur l’axe du réducteur.

Partie 2 (même exemple mais changement des valeurs)


Un système de levage est composé :
– D’un moteur, de moment d’inertie Jm = 0,008 kg.m2 qui tourne à la vitesse n = 1 450 tr/min.
– D’un réducteur, de rapport (6/145), et de moment d’inertie négligeable.
– D’un cylindre en rotation qui tourne à la vitesse n’ = 60 tr/mn et dont l’inertie Jc = 2,4 kg.m2.
– D’une masse de 200 kg se déplaçant linéairement à 1,2 m/s.
– Le couple résistant de la charge est de 150 N.m à la vitesse de rotation n’ = 60 tr/min.
– Le moteur d’entraînement a un couple moyen au démarrage de 12 N.m.


1 – Calculer la. vitesse angulaire du moteur.
2 – Calculer le moment d’inertie total du système, ramené à la fréquence de rotation du moteur.
Rappel : Le moment d’inertie d’une charge tournant à la vitesse n2 ou w2 ramenée à la vitesse n1 ou w1, du moteur est : Js = Je(n2/n1)2 = Je(w2 / wI)2.
I’inertie d’une masse M en mouvement linéaire à la vitesse v ramenée à la vitesse w du moteur est : Js = M(v/w)2.
3 – Calculer le couple résistant ramené à la vitesse du moteur.
4 – Calculer le couple d’accélération (différence entre le couple de démarrage et le couple résistant).
5 – Calculer le temps de démarrage.
6 – Admettons que nous voulions limiter le temps de démarrage à 0,5 s.. Quel devrait être, dans ce cas, le couple moyen de démarrage du moteur ?
7 – Pour une raison quelconque, il y a rupture de la liaison entre le réducteur et le cylindre, la masse «tombe» à la vitesse de 0,5 m/s. Afm d’assurer la sécurité, on a prévu un frein mécanique capable d’arrêter la masse après 1 m de chute.
8 – Calculer l’énergie et la puissance dissipée sous forme de chaleur par le frein, pour stopper la charge en 4 s. On supposera que le mouvement est uniformément varié et on ne tiendra compte que de l’inertie de la masse.

Correction partie 1


1 – Travail utile effectué :
W = F.L, dans ce cas F correspond au poids de la charge, soit M.g = 100 x 9,81 et L au déplacement L = 10 m.
Wu = Mgh = 100 x 9,81 x 10 = 9 810 J.


2 – Puissance utile :
PU = Wu/t : nous venons de calculer Wu, il faut déterminer t :
Nombre de tours de tambour nécessaire pour élever la charge de 10 m : 10/pd = 10/(0,2.pi) = 16 tours.
– Temps mis pour faire un tour de tambour =>(60/1 450) x 60 = 2,5 s.
– Temps mis pour effectuer le travail =>2,5 x 16 = 40 s.
Pu = Wu/t = 9 810/40 = 245,25 W


3 – Travail fourni par l’axe du moteur :
– Attention, les rendements se multiplient
ht x hr = 0,9 x 0,85 = 0,765
Wu = 9 810/0,765 = 12 823,5 J.


4 – Puissance mécanique fournie par le moteur :
12 823,5/40 = 320,6 W. (Le travail a été effectué en 40 s).


5 – Total de l’énergie consommée :
– Il faut tenir compte du rendement du moteur => 12 823,5/0,85 = 15 086,5 J.
– Puissance nécessaire => 15 086,5/40 = 377 W.
Vérification :
245,25/(0,9.0,85.0,85)= 377 W.


6 – Vitesse angulaire du treuil et couple :
w = 2p/n = 6,28/2,5 = 2,5 rad/s.
C = (Pu/w) = 245,25/2,5 = 98,1 N.m.


7 – Couple ramené sur l’axe du moteur :
– Avec un réducteur, ce que l’on gagne en vitesse on le perd en couple. La vitesse côté moteur a augmenté de 60, le couple diminue donc de 60, sans oublier le rendement soit : 98,1/(0,9.0,85.60) = 2,13 N.m.
Vérifications avec le moteur:
Cm=(Pm/wm)=(320,6/(2.pi.(1450/60))=2,111N.m (différent de 2,13N.m. pourquoi (les arrondis))
Remarques: je vais refaire le calcul pour être encore plus précis à cause ce ces arrondis nous sommes pas à la virgule près….

 

 


Pour les tours du treuil1tr de treuil => 2.pi.r(rayon)
10tr de treuil => 10/(2.pi.r)=15,9154.. tours et non 16 trs(1er arrondi)


En ce qui concerne le temps en (s)
Nm(moteur)=1450/60 tr/s Nt(treuil)=((1450/60)/60) tr/s
10/(2.pi.r)/Nt=10/(2.pi.0,1)/((1450/60)/60)=39,514… sec et non 40sec (2éme arrondis)
La puissance utile
Pu=Wu/t=(9810/(10/(2.pi.0,1)/((1450/60)/60))=248,26…W et non 245,25W (3éme arrondis)
Puissance mécanique fournie par le moteur
Pm=Pu/(ht.hr)=(10/(2.pi.0,1)/((1450/60)/60))/(0,9.0,85)=324,264…W et non 320,58W (4éme arrondis)
Le couple moteur est donc :
Cm=Pm/wm=(10/(2.pi.0,1)/((1450/60)/60))/(0,9.0,85)/((1450/60).2.pi))=2,137254 N.m (enfin c’est juste !!!)
Force exercée sur l’axe du réducteur par le moteur:
2,13/0,01 = 213 N.

Correction partie 2


1 – Vitesse angulaire du moteur :
w = 2pn/60 = 6,28 x 1 450/60 = 152 rad/s.


2 – Moment d’inertie total du système :
Lorsque dans un système d’entraînement, des masses tournent à des vitesses différentes, ou se déplacent en mouvement linëaire, il faut ramener leur moment d’inertie à la fréquence de rotation du moteur.
Inertie du moteur =>Jm = 0,008 kg.m2
Inertie du cylindre en rotation, ramenée au moteur => Jc = 2,4 x (60/1 450)2 = 0,0041 kg.m 2
Inertie de la masse se déplaçant linéairement, ramenée au moteur => Jm = 200 x (1,2/152)2 = 0,0125 kg.m 2 .
Jt = 0,008 + 0,0041 + 0,0125
Jt = 0,0246 kg.m2 .


3 – Couple résistant ramené à la vitesse du moteur :
Cr = 150 x 60/1 450 = 6,2 N.m.


4 – Couple d’accélération :
Ca = 12 – 6,2 = 5,8 N.m.


5 – Temps de démarrage :
Ca = Jw = J(dw)/dt
dt = J(dw)/Ca
dt = 0,0246 x 152/5,8 = 0,64 s.


6 – Couple d’accélération :
Ca = J(dw/dt)
Ca = 0,0246 x (152/0,5) = 7,48 N.m.
Couple moyen de démarrage du moteur:
7,48 + 6,2 = 13,68 N.m.


7. Énergie dissipée par le frein :
Wfrein = Mgh + 1/2 MV2
Mgh = 200 x 9,81 x 1 = 1962 J
1/2MV2 = 1/2 x 200 X 0,52 = 25 J
Wfrein = 1 962 + 25 = 1 987 J
Puissance dissipée sous forme de chaleur:
P = W/t = 1 987/4 = 496,76 W

Compensation d’énergie réactive


L’énergie réactive est liée à l’utilisation de récepteurs inductifs (moteurs, transformateurs),le seuil de facturation d’EDF Cos Fi 0.93 et tan Fi <0.4.

L’intérêt d’un bon cos Fi :
– Augmentation de la puissance disponible au secondaire du transformateur.
– Diminution du courant véhiculé dans l’installation en aval du disjoncteur BT.
– Diminution des pertes par effet Joule dans les câbles


Triangle rectangle des puissances:
Deux récepteurs sont branchés sur la même ligne d’alimentation, ils consomment la même puissance active. Le récepteur 2 consomme plus d’énergie réactive. Nommer chacun des vecteurs du triangle de puissance avec les grandeurs caractéristiques.

triangle-rectangle-des-puissances-1

les relations reliant les puissances => S=√(P²+Q²) Fi=Arctan (Q/P).


Les inconvénients de la circulation d’énergie réactive
Une grande puissance réactive donc un mauvais facteur de puissance (cosj faible ou tgj fort) nous pénalise sur :
– Une diminution de la puissance active disponible au secondaire du transformateur alimentant l’installation
– Le dimensionnement des câbles et de l’installation: Pertes importantes par échauffement.
– Le courant appelé chez EDF: surfacturation.
C’est pourquoi EDF sanctionne par une majoration tarifaire les clients ayant un mauvais cos Fi.


La mesure de l’énergie réactive en comptage HTA ?
En aval du transformateur.


Quelle valeur doit être respectée pour éviter les pénalités ?
tg Fi <0,4 (soit cos Fi>0,93).

Exemples de facteurs de puissance


Tableau des facteurs de puissances des appareils les plus courants
tableau-8

Principe de la compensation


tableau-9

Les condensateurs apportent une énergie réactive opposée à celle des circuits inductifs, ils fournissent l’énergie réactive donc l’énergie réactive totale diminue.

Installation d’une batterie de condensateurs


Les condensateurs peuvent être installés à différents niveaux de l’installation

Schéma des types de compensation


Compensation globale

ableau-9

Compensation individuelle

compensation-individuelle
Compensation partielle
compensation-partielle

Avantages et inconvénients


Compensation globale :
Avantage :
Ce type de compensation convient pour une installation simple de moyenne puissance, elle permet de supprimer les pénalités pour consommation excessive d’énergie réactive (tarif vert)., D’ajuster le besoin réel de l’installation (kW) à la souscription de la puissance apparente (kVA) dans le cas d’un tarif bleu ou jaune. De soulager le poste de transformation (une partie de l’énergie réactive est fournie par les condensateurs).


Inconvénients :
Toutefois ce mode de compensation ne soulage pas les installations en aval car la totalité du courant réactif est présente dans les câbles jusqu’aux récepteurs.


Compensation partielle :
Avantage :
Les condensateurs sont installés aux départs de chaque atelier. Cette compensation est conseillée lorsque la puissance est importante ou lorsque les ateliers fonctionnent à des régimes différents.
Ce type de compensation en plus des avantages de la compensation globale permet de soulager les câbles alimentant les différents ateliers. La totalité du courant réactif n’est plus présente que dans les câbles allant de l’armoire de distribution de l’atelier aux récepteurs.

Inconvénients : RAS


Compensation individuelle :
Avantages :
la puissance du récepteur est importante par rapport à la puissance souscrite. Ce type de compensation est techniquement idéal, puisque il introduit l’énergie réactive à l’endroit où elle est consommée.


Inconvénients : RAS

Choix d’une batterie de condensateurs



– Rentabilité du matériel
– Contraintes de l’installation (ateliers à facteurs de déphasage différents, nombre de transformateurs …).


Les deux types de compensation possible
Les batteries de condensateurs de type fixe. Ce type de matériel est à utiliser si la puissance de la batterie ne dépasse pas 15% de la puissance apparente S(kVA). Les équipements à régulation automatique intégrée. Ils permettent d’adapter automatiquement la puissance réactive fournie par les batteries de condensateurs. Un relais varmétrique détecte le cos j de l’installation et commande automatiquement l’enclenchement de gradins de condensateurs en fonction de la charge et du cos j désiré. Ce type d’équipements est à utiliser lorsque la puissance réactive fournie par les condensateurs est supérieure à 15% de la puissance apparente.
Lors de la mise sous tension de condensateurs, le courant d’appel (égal au courant de court circuit) dépend de :
– La puissance de court circuit du réseau
– La puissance de la batterie de condensateurs.
– La norme UTE C 54-100 impose à toute batterie de condensateurs de pouvoir supporter en permanence une surcharge de 30% due aux courants harmoniques.

Les éléments générateurs d’harmoniques


Les équipements faisant appel à l’électronique de puissance (variateurs de vitesse, redresseurs, onduleurs,), de plus en plus utilisés, sont responsables de la circulation de courants harmoniques dans les réseaux.
Ces harmoniques perturbent le fonctionnement de nombreux dispositifs. En particulier, les condensateurs y sont extrêmement sensibles du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques présents.
Pour choisir la batterie de condensateurs, on utilise le tableau suivant.

compensation-condensateur

Une charge RL R=1000 ohms L=2H sous le réseau EDF pour f=50Hz
Voir aussi => Montage triphasé (équilibré) (pour éviter de refaire tous les calculs)
Cos Fi=0,84 => tan Fi=0,64
Nouveau cos Fi’=0,93 => Tan Fi’=0,4
La différence entre ces 2 tan Fi est de 0,64-0,4=0,24 ce qui donne un angle de Arctan 0,24=13,49° (déphasage entre la tension et le courant d’environ 14°)


Avant compensation

avant-compensation


Après compensation “couplage Etoile”
La puissance consommée sur une phase est identique sur les 3 phases (montage équilibré)
La Puissance active totale de notre montage est de 110W soit une puissance de 36,667W répartie par phases.
La Puissance réactive totale de notre montage est de 71Var soit une puissance de 23,66Var répartie par phases.

Couplage Etoile pour la batterie de condensateur :
Les condensateurs sont couplés en étoile donc ils sont soumis à une tension simple (phase et neutre)
La puissance fournie par les condensateurs Qc=-V².C.w=P(tan Fi-tan Fi’)
Avec un nouveau cos Fi=0,93 la puissance réactive que va fournir « le » condensateurs est donc C=-P(tan Fi-Tan Fi’)/(V²w)
C=36,66(0,64-0,4)/(230²*2*pi*50)=0,529µF (valeur théorique)
La puissance fournie par les condensateurs est de:
Qct(C=condensateur t=totale)=3*Qc=3*230²*0,529.10-6*2*pi*50= 26,37Var
La nouvelle puissance réactive est donc Qt=Q-Qct=71-26,37=44,62Var
Le nouveau cos Fi est de 0,93 soit un angle de 21,6°
Pt=110W (inchangé)
Qt=44,62Var
S=118VA
Cos Fi=(P/S)=110/118=0,93 ah…!! on retrouve le nouveau cos Fi

apres-compensation-2

le courant en ligne I1=I2=I3 à diminuer
S=U*I=> I=S/U=118/400√3=0,17A


Après compensation – couplage triangle
Nous allons analyser maintenant mais avec un autre couplage en couplage triangle des condensateurs
La puissance consommée sur une phase est identique sur les 3 phases (montage équilibré)
La Puissance active totale de notre montage est de 110W soit une puissance de 36,667W répartie par phases.
La Puissance réactive totale de notre montage est de 71Var soit une puissance de 23,66Var répartie par phases.

Couplage Triangle pour la batterie de condensateur :
Les condensateurs sont couplés en triangle donc ils sont soumis à une tension composée (entre phase)
La puissance fournie par les condensateurs Qc=-U².C.w=P(tan Fi-tan Fi’)
Avec un nouveau cos Fi=0,93 la puissance réactive que va fournir « le » condensateurs est donc C=-P(tan Fi-Tan Fi’)/(U²w)
C=36,667(0,64-0,4)/(400²*2*pi*50)=0,17507µF interessant en couplage triangle la capacitée des condensateurs est moins importante (valeur théorique)
La puissance fournie par les condensateurs est de:
Qct(C=condensateur t=totale)=3*Qc=3*400²*0,17507.10-6*2*pi*50= 26,39Var (inchangé)
La nouvelle puissance réactive est donc Qt=Q-Qct=71-26,37=44,62Var
Le nouveau cos Fi est de 0,93 soit un angle de 21,6°
Pt=110W (inchangé)
Qt=44,62Var
S=118VA
Cos Fi=(P/S)=110/118=0,93 ah… on retrouve le nouveau cos Fi

apres-compensation-3

Présentation


Quand un moteur électrique tombe en panne, il est souvent difficile de déterminer la cause de l’incident en procédant à un examen visuel. À la mise en service, un moteur électrique, qui est resté en stock pour une longue période de temps, peut fonctionner ou non, indépendamment de son apparence physique. Une vérification rapide peut être réalisée à l’aide d’un simple ohmmètre, mais en fait, il faut recueillir d’autres informations et les évaluer, avant de mettre le moteur en service.

L’examen externe du moteur


Procédez à un examen externe du moteur.
Les indices suivants peuvent avoir des conséquences de nature à raccourcir la durée de vie du moteur ; ces indices révèlent des surcharges antérieures ou un mauvais fonctionnement ou les deux. Recherchez:

  • Des pattes ou des trous de fixation abîmés.
  • De la peinture noircie sur la carcasse du moteur, qui indique un échauffement excessif.
  • La présence de saletés et autres matières étrangères ayant été projetées dans les enroulements du moteur, à travers les ouvertures du carter.ture noircie sur la carcasse du moteur, qui indique un échauffement excessif.

Vérification de la plaque signalétique du moteur


Cette plaque est soit en métal ou fabriquée dans un autre matériau durable ; elle est rivée ou fixée sur la partie fixe ou « stator » du moteur. Cette plaque contient des informations importantes, qui facilitent la détermination des aptitudes du moteur à rendre un service donné. Les informations habituelles qu’on trouve sur la plupart des plaques signalétiques sont indiquées dans la liste ci-dessous, qui n’est pas limitative. Il s’agit des données suivantes :

  • Le nom du fabricant : c’est le nom de la société qui a construit le moteur
  • Le modèle et le numéro de série : ces informations identifient un moteur particulier
  • Le tour par minute ou tr/min : c’est le nombre de tours que fait le rotor en une minute
  • La puissance : c’est le travail fourni par le moteur par unité de temps
  • Le schéma de câblage : ce schéma indique les différentes connexions possibles, en fonction des différentes tensions et vitesses et du sens de rotation désirés
  • Le voltage : il indique les exigences concernant la tension d’alimentation et les exigences de phase
  • L’intensité : il indique les exigences concernant le courant d’alimentation
  • L’encombrement et le bâti : ce sont les dimensions physiques et le modèle de montage du moteur
  • Le type de construction : il décrit si le moteur est ouvert ou fermé, s’il est étanche au ruissellement et s’il est totalement fermé et ventilé, etc.

Contrôle des roulements du moteur


De nombreuses pannes de moteurs électriques sont causées par des défaillances de roulements. Les roulements permettent à l’arbre ou au rotor de tourner librement et sans à-coup à l’intérieur du stator. Les roulements sont situés aux deux extrémités du moteur, dans un logement, qui est parfois appelé « fourreau de roulement ».
Il existe plusieurs types de roulements. Les deux types de roulements qu’on rencontre le plus fréquemment sont les roulements à aiguilles en laiton et les roulements à billes en acier. Plusieurs d’entre eux sont munis d’accessoires de graissage, tandis que d’autres sont lubrifiés en permanence, on dit alors qu’ils sont « sans entretien ».

Procédez au contrôle des roulements.
Pour effectuer une vérification rapide des roulements, installez le moteur sur une surface solide et placez une main sur le dessus du moteur, ensuite tournez l’arbre ou le rotor avec l’autre main. Efforcez-vous de regarder, de sentir et d’écouter attentivement pour déceler tout indice de frottement, de raclage ou de déséquilibre du rotor en rotation. Le rotor doit tourner silencieusement, librement et uniformément.


Ensuite, poussez l’arbre et tirez-le hors du stator.
Un petit jeu est autorisé, de l’ordre de 3 mm, pour les moteurs des appareils électroménagers, mais le mieux serait « d’annuler » ce jeu. Un moteur qui a des problèmes de roulements fera du bruit en tournant ; de plus, ses roulements vont chauffer et il finira par tomber gravement en panne.

Vérifiez l’isolement des enroulements par rapport à la carcasse.
La plupart des moteurs des appareils électroménagers ne fonctionneront pas s’ils ont un enroulement en court-circuit ; ils vont instantanément faire sauter le fusible ou déclencher le disjoncteur ; cependant, les machines de 600 volts ne sont pas « mises à la masse » et donc un moteur de 600 volts avec un enroulement en court-circuit peut fonctionner sans déclencher le fusible de protection ou le disjoncteur.

Utilisez un ohmmètre pour vérifier la résistance d’isolement.
Réglez votre appareil pour fonctionner en ohmmètre, ensuite branchez les sondes de mesure sur les prises appropriées, le plus souvent les prises repérées « commune » et « ohms ». Consultez le manuel de fonctionnement de l’appareil, si nécessaire. Choisissez l’échelle la plus élevée (R × 1 000 ou l’échelle similaire) et vérifiez la mise à zéro de l’appareil, en appuyant les deux sondes l’une contre l’autre. Réglez la position de l’aiguille sur zéro, si nécessaire. Recherchez une vis de mise à la masse, souvent il s’agit d’une vis verte à tête hexagonale ou choisissez une partie métallique de la carcasse. Grattez la peinture si nécessaire, pour avoir un bon contact avec le métal et placez l’une des sondes de mesure à cet endroit et l’autre sur chaque borne du moteur, à tour de rôle. Idéalement, l’aiguille de l’ohmmètre devrait bouger à peine de sa position initiale, qui correspond à la résistance maximum. Assurez-vous que vos mains ne touchent pas les pointes métalliques des sondes, car cela pourrait provoquer une erreur de mesure.
Il se peut que l’aiguille bouge légèrement, mais l’appareil doit toujours indiquer une valeur de l’ordre de quelques millions d’ohms ou « mégohms ». Parfois, des valeurs aussi basses que plusieurs centaines de milliers d’ohms, environ 500 000, peuvent être acceptables, mais il est souhaitable d’avoir une résistance plus élevée.
Plusieurs appareils de mesure numériques n’offrent pas la possibilité d’une mise à zéro, donc ne tenez pas compte de cette opération, si vous utilisez un appareil numérique.


Vérifiez que les enroulements ne sont pas en circuit ouvert ou coupés.
Parfois, les moteurs monophasés ou triphasés de conception courante, utilisés dans les appareils électroménagers ou dans l’industrie, peuvent être contrôlés simplement en changeant le calibrage de l’ohmmètre au plus bas (R × 1) ; puis on procède à la remise à zéro de l’appareil et on mesure la résistance entre les bornes du moteur. Dans ce cas, il est recommandé de consulter le schéma de câblage du moteur pour être sûr de contrôler tous les enroulements.
Attendez-vous à mesurer une très faible résistance en ohms. Probablement, vous aurez de faibles valeurs à un chiffre. Assurez-vous que vos mains ne touchent pas les pointes des sondes, car cela peut provoquer des erreurs de lecture. Les valeurs supérieures à cet ordre de grandeur indiquent un problème potentiel et des valeurs nettement supérieures révèlent que le bobinage est en circuit ouvert. Un moteur, dont la résistance est élevée, ne fonctionnera pas ou fonctionnera, mais sans régulation de vitesse, comme c’est le cas pour un moteur triphasé, quand l’un de ses enroulements se rompt, en cours de fonctionnement.

Vérification du condensateur de démarrage ou du condensateur de marche sur certains moteurs, le cas échéant


La plupart des condensateurs sont protégés contre les dommages par un couvercle métallique placé à l’extérieur du moteur. Retirez le couvercle pour accéder au condensateur afin de l’inspecter et de l’essayer. Une inspection visuelle peut permettre de déceler une fuite d’huile, des déformations ou des trous dans l’enveloppe, comme il est possible aussi de sentir une odeur de brûlé ou de trouver des résidus de fumées ou d’autres signes indiquant des problèmes potentiels.
 
La vérification électrique d’un condensateur peut être faite avec un ohmmètre. À la mise en place des sondes de mesure sur les bornes du condensateur, la résistance doit commencer par être faible, ensuite elle augmente au fur et à mesure que la faible tension fournie par la batterie de l’appareil de mesure charge progressivement le condensateur. Si la résistance mesurée reste faible ou n’augmente pas, le condensateur a probablement un problème et il faut le remplacer. Avant de tenter une nouvelle vérification, laissez le condensateur au repos pendant au moins 10 minutes, pour lui permettre de se décharger.

Vérification du boîtier situé sur l’arrière du moteur.


Certains moteurs ont des interrupteurs centrifuges, qui commandent l’alimentation électrique des condensateurs et des enroulements, en fonction du régime de fonctionnement du moteur. Vérifiez que les contacts de commutation ne sont pas soudés en position fermée ou encrassés par les poussières et la graisse qui peuvent empêcher un bon contact. Vérifiez à l’aide d’un tournevis que le mécanisme de commutation et éventuellement son ressort peuvent fonctionner librement.

Vérification du ventilateur


Un moteur du type « TEFC » est un « moteur totalement fermé et ventilé ». Les pales du ventilateur sont protégées par un cache métallique, à l’arrière du moteur. Assurez-vous que le ventilateur est solidement fixé à la carcasse et qu’il n’est pas obstrué par de la saleté ou d’autres débris. L’air doit pouvoir circuler librement et complètement à travers les ouvertures du cache métallique arrière, sinon le moteur va surchauffer et finir par tomber en panne.

Choisissez le bon moteur en fonction des conditions d’utilisation prévues.
Vérifiez que les moteurs étanches au ruissellement sont exposés à une pulvérisation dirigée d’eau ou à l’humidité et que les moteurs ouverts ne sont absolument pas exposés aux projections d’eau ou à l’humidité.
Les moteurs étanches au ruissellement peuvent être installés dans des endroits humides ou mouillés, tant qu’ils sont placés de façon à prévenir une entrée d’eau ou d’autres liquides par gravité ; ces moteurs ne doivent pas être soumis à une projection directe d’eau ou d’autres liquides.Les moteurs ouverts sont, comme leur nom l’indique, complètement ouverts. Les extrémités du moteur sont munies de grandes ouvertures, à travers lesquelles on peut voir distinctement les enroulements du stator et du rotor. Sur ces moteurs, les ouvertures doivent rester complètement libres ; de plus ces moteurs ne doivent pas être installés dans des zones humides, sales ou poussiéreuses.
Les moteurs totalement fermés et ventilés (TEFC) peuvent être utilisés dans toutes les zones mentionnées au paragraphe précédent, mais ces moteurs ne doivent pas être immergés, à moins d’être spécialement conçus à cet effet.

 

 

Conseils


Il n’est pas rare que les enroulements d’un moteur soient à la fois « ouverts » et « court-circuités » en même temps. À première vue, cela peut sembler paradoxal, mais ce n’est vraiment pas le cas. Par exemple, imaginez une panne électrique causée par un objet étranger, qui tombe dans le moteur ou qui est attiré magnétiquement à l’intérieur de la carcasse ou bien par une surtension excessive qui provoque la rupture ou la fusion d’un enroulement ; une telle panne aura pour effet d’interrompre le chemin de passage du courant et de créer ainsi « un circuit ouvert ». Par ailleurs, un « court-circuit » peut se produire lorsqu’une extrémité du conducteur rompu entre en contact avec la carcasse du moteur ou une autre partie du moteur, qui est mise à la masse. Cela n’arrive pas fréquemment, mais ce n’est pas à exclure.

Questions/réponses


Question:
Quelle est la difference entre disjoncteur différentiel de type A et celui de type AC ?


Réponses:
Si vous possèdez une installation récente, le disjoncteur de branchement comporte un dispositif de coupure différentielle de moyenne sensibilité.
Un disjoncteur est un organe de sécurité pour les biens en cas de fuite de courant vers la terre. Cependant, il ne protège pas un être humain si ce courant de fuite traverse son corps ! Pour protéger les êtres humains des risques d’électrocution tous les circuits de l’installation doivent donc être protégés par des disjoncteurs différentiels AC assignés au plus égal à 30 mA.
Un disjoncteur différentiel de type A détecte les fuites de courant à composante continue (donc il en faudra obligatoirement un pour protéger les circuits cuisson, le lave linge…), les disjoncteurs différentiels de type AC détectent eux les fuites de courant sinusoïdaux. Vous pouvez en installer plusieurs pour votre logement, il faut juste y répartir judicieusement les circuits.


Complément d’information d’un autre internaute :

Les disjoncteurs différentiels de type AC détectent les fuites de courant alternatif. Un disjoncteur différentiel de type A détecte les fuites de courant alternatif ET les fuites de courant continu. Ce type de fuite peux se produire dans les appareils de puissance qui convertissent le courant alternatif en courant continu.





Un disjoncteur différentiel de type A est obligatoire pour alimenter les circuits “cuisson” (plaques de cuisson, four) et le lave linge. Le différentiel de type A étant plus performant que le type AC, on peux également brancher les autres circuits sur un différentiel de type A (les circuits prises et éclairage sont couramment branché sur un différentiel de type A).

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