Electricité

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Composants des circuits de moteurs  

 Composants des circuits de moteurs

En milieu industriel, qu'il s'agisse d'une papeterie, d'une usine de métallurgie ou d'une usine d'épuration des eaux, la majorité des schémas d'électricité concernent la commande de moteurs. Ces schémas indiquent comment contrôler:

  • le démarrage,
  • l'accélération,
  • la vitesse,
  • le sens de rotation,
  • la décélération,
  • ou l'arrêt des organes de travail.

Il est primordial d'accorder une importance particulière à tous les composants qui constituent les circuits de moteurs.

Dans cette étude, vous étudierez donc en détail les principaux composants de base des circuits de moteurs.

Avant d'entreprendre cette étude, retenez que, même avec seulement une dizaine de composants de base, les circuits de moteurs peuvent se révéler très complexes. C'est le raccordement de ces composants qui assure la réalisation de la fonction désirée.

Retenez également que chaque composant peut être disponible dans une grande variété de dimensions. Celles-ci varieront selon la puissance du moteur à commander. Heureusement, le principe de fonctionnement de tous les composants d'un même type reste identique.

Sectionneurs

Un sectionneur est un dispositif qui assure le lien entre le circuit du moteur et la source d'alimentation. C'est le sectionneur qui permet d'activer ou de désactiver le circuit de moteur, mais il ne peut le faire que si le courant qui le traverse est nul ou pratiquement nul ; on dit que le sectionneur "n'a pas de pouvoir de coupure" et il ne peut être manœuvré qu'à vide .

Figure 1.14   Sectionneurs.

Principe de fonctionnement

Lorsque le sectionneur est en position "ouvert" ou "hors-circuit" (off), tout l'équipement qui y est rattaché se trouve coupé de la source d'alimentation.

Dans cette position, le sectionneur est cadenassable, c'est-à-dire que l'on peut placer un cadenas dans sa poignée (figure 1.14b).

On s'assure ainsi que l'équipement ne sera pas alimenté.

Ce procédé est employé lorsqu'une machine est défectueuse, ou encore lorsqu'une personne effectue une réparation ou une opération d'entretien. Il s'agit là d'une mesure de sécurité visant à éliminer les risques pour la santé et la sécurité des intervenants.

La coupure doit être visible soit directement par observation, soit par un indicateur de position si les contacts ne sont pas visibles.

De plus, lorsque le sectionneur est cadenassé en position "ouvert", il est condamné : personne ne peut en ouvrir le panneau d'accès pour alimenter de nouveau l'équipement.

Une fois le sectionneur cadenassé, l'intervenant peut effectuer sa tâche en toute confiance.

Lorsque le sectionneur est en position "fermé" ou  "en circuit" (on), le panneau d'accès ne peut être ouvert qu'après avoir actionné une manette. Ce dispositif avertit l'intervenant que le circuit est sous tension et qu'il y a risque d'électrocution.

Construction

Les sectionneurs sont fabriqués selon le principe des interrupteurs à couteaux. Les bornes du sectionneur situées du côté de la charge (circuit de moteur) sont directement accessibles. Cela facilite les lectures de tension lors du dépannage.

Figure 1.15   Symbole d'un sectionneur tripolaire avec contact de précoupure (13-14) et contact de fusion fusible (95–96–98).

En revanche, les bornes situées du côté de l'alimentation doivent être difficilement accessibles, car elles sont toujours sous tension, même lorsque le sectionneur se trouve en position "ouvert".

D'ailleurs, une plaque d'avertissement, située sur le sectionneur, signale ce danger.

Il existe des sectionneurs à un, deux ou trois pôles. les plus utilisés en milieu industriel possèdent trois pôles ; on les appelle aussi sectionneurs tripolaires.

D'autre part, la plupart des sectionneurs sont conçus pour pouvoir recevoir des fusibles, bien que ceux-ci ne soient pas nécessaires au fonctionnement de l'ensemble.

Le changement des fusibles ne peut s'effectuer que lorsque le sectionneur est ouvert.

Les sectionneurs sont conçus de façon à pouvoir supporter indéfiniment le courant nominal correspondant à leur calibre. Ils peuvent aussi supporter des courants de court-circuit durant de courtes périodes.

Dans ce dernier cas, l'un des deux dispositifs de protection (fusibles ou relais thermique) déclenche automatiquement l'ouverture du circuit de commande, ce qui provoque l'arrêt de l'équipement.

Contacts: Introduction

Vous avez vu qu'il existait deux types de contacts à l'état de repos (figure 1.16).

Figure 1.16   Deux types de contacts à l'état de repos.

le contact NO change de position et se ferme, c'est pourquoi on le dit "à fermeture" (F)

le contact NF s'ouvre, c'est pourquoi on le dit "à ouverture" (O).

Ces appellations font référence à la position du contact à son état de repos, c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas alimenté électriquement ou actionné mécaniquement.

Lorsque le système est désactivé, les contacts reprennent leur position initiale, ils sont toujours dessinés dans cette position.

 

Contacts de puissance et contacts de commande

Pour faciliter la compréhension des explications qui suivent, nous procéderons à partir du schéma d'un circuit de pompage automatique apparaissant à la figure 1.17.

Figure 1.17   Système de pompage automatique.(cliquez sur les composants afin des les mémoriser)

Sur la figure 1.17, remarquez que le schéma est tracé à l'aide de deux types de traits.

  • Les traits gras symbolisent le circuit de puissance, c'est-à-dire le circuit qui alimente habituellement le moteur.
  • Les traits fins symbolisent le circuit de commande, c'est-à-dire le circuit qui détermine l'état du moteur (marche ou arrêt).
  • Il est à noter que ce type de représentation permet de distinguer le circuit de commande du circuit de puissance, mais qu'elle est peu utilisée dans la pratique.

Vous remarquerez que les trois contacts KM1 juxtaposés sont des contacts de puissance, tandis que le contact KM1 qui se trouve à droite du bouton-poussoir est un contact de commande.

Contacts d'interrupteurs

Un autre composant montré à la figure 1.17 est le sélecteur ou commutateur manuel/automatique (S2).

Le sélecteur est un interrupteur à plusieurs directions qui sert à modifier les connexions du circuit.

Il permet de choisir le mode de fonctionnement du circuit (arrêt ou manuel ou automatique). Tel que représenté, le sélecteur se trouve en position "arrêt".

Aucune continuité n'existe entre les bornes du sélecteur : le circuit de commande ne peut fonctionner.

Figure 1.17   Système de pompage automatique.

Lorsque le sélecteur se trouve en position "manuel", La pompe fonctionnera aussi longtemps que le sélecteur ne sera pas replacé en position "arrêt".

Description de l'effet des autres positions qu'il peut prendre:

Lorsque le sélecteur se trouve en position "auto", il y a continuité entre ses deux bornes 13 et 14. C'est dans ce cas le pressostat (S3) qui contrôle la pompe.

Figure 1.17 b   Système de pompage automatique.

- Lorsque la pression du système baisse jusqu'à atteindre la valeur prédéterminée, le contact du pressostat se ferme et la pompe est mise en marche.

- Lorsque la pression du système atteint la valeur maximale prédéterminée, le contact du pressostat s'ouvre ; la pompe s'arrête.

Elle ne démarrera pas tant que la pression ne retombera pas sous la valeur minimale prédéterminée.

Sur la figure 1.17, le rectangle identifié par la lettre KM1 symbolise une bobine.

Nous verrons dans cette étude qu'il s'agit là d'une bobine de contacteur. Les composants identifiés par F1sont les trois éléments thermiques du relais de protection dans le circuit de puissance et un contact de ce relais thermique dans le circuit de commande.

le bouton-poussoir, le pressostat ou encore les contacts identifiés par les lettres KM1 et F1 sont tous des contacts.

Pour faciliter l'interprétation des schémas d'électricité, chacun de ces contacts est nommé, symbolisé et traité différemment:

les contacts sont classés selon leur moyen d'activation, c'est-à-dire par le moyen électrique ou mécanique qui les fait sortir de leur état de repos:

  • le contact "marche" change d'état lorsqu'un doigt actionne le bouton-poussoir, d'où sa symbolisation.
  • le contact de l'interrupteur à pression change d'état lors d'une variation de pression.
  • les contacts du sélecteur changent de position lorsqu'ils sont actionnés manuellement.
  • le contact F1 est activé par le relais thermique lorsque celui-ci détecte une hausse anormale de température.

Contacts instantanés

Nous nous limiterons ici à l'étude des contacts généraux O et F abordés précédemment.

On les appelle contacts instantanés de relais parce que lorsqu'un courant circule à travers une bobine de relais, les contacts que possède ce relais changent d'état instantanément.

Ne pas confondre :

un contact "normalement ouvert" (NO) se ferme lorsqu'il est actionné, il est aussi appelé contact "à fermeture" (F) puisqu'étant "ouvert" il est amené à se "fermer".

Un contact "normalement fermé" (NF) s'ouvre lorsqu'il est actionné, il est aussi appelé contact "à ouverture" (O) puisqu'étant "fermé", il est amené "à s'ouvrir".

Figure 1.17  

Lorsqu'ils sont symbolisés de la façon représentée à la figure 1.17, les contacts instantanés sont habituellement actionnés par des relais.

Sur la figure 1.17, les contacts instantanés KM1 et F1 sont actionnés par le relais du même nom.

Pour le moment, retenez qu'il existe des relais de commande et des relais de puissance (contacteurs).

Double contact

Un moyen d'activation peut concerner plus d'un contact à la fois.

dans ce cas on emploie un trait pointillé pour indiquer cette double action.

Par exemple, si un  pressostat actionne deux contacts, un trait pointillé reliera ces deux contacts pour indiquer que leur état changera simultanément comme l'indique la figure 1.18.

Figure 1.18   Capteurs à double contact.

Bornes 13 et 14 : contact 1, à fermeture

Bornes 21 et 22 : contact 2, à ouverture

Remarque : le 1er chiffre du repérage des bornes indique le numéro de contact, le 2e chiffre indique le type de contact :

  • .1 et .2 : à ouverture instantanée
  • .3 et .4 : à fermeture instantanée
  • .5 et .6 ou .7 et .8 lorsque les contacts ont une fonction spéciale (temporisé…).

Le trait pointillé symbolise le lien mécanique qui existe entre deux contacts différents.

Dans ce cas, on dit que l'interrupteur est à double contact.

Identification des contacts selon leur rôle

La personne qui conçoit ou dessine un schéma d'électricité suit des normes techniques précises.

Ainsi, les contacts sont placés sur le schéma à des endroits définis selon leur rôle.

Lorsque plusieurs relais sont utilisés sur le schéma, chaque contact est identifié pour qu'il soit possible de déterminer quel relais l'actionne.

Par exemple, si des relais avant (AV) et arrière (AR) apparaissent sur le schéma, ils seront accompagnés de contacts identifiés de la même façon.

De plus, sur plusieurs schémas de circuits de commande de moteurs, on retrouve des arrangements de contacts et de relais qui jouent un rôle précis et qui sont toujours situés au même endroit.

Afin de faciliter la compréhension des circuits ainsi que leur dépannage, ces contacts ont été classés en deux catégories de rôles :

les contacts de maintien simulent le maintien de "la pression sur le bouton", on les appelle aussi contacts "d'auto-alimentation" ;

- les contacts de verrouillage empêchent les actions contraires simultanées.

Contacts de maintien

Comme leur nom l'indique, les contacts de maintien ont pour rôle de simuler le "maintien" du geste de presser sur le bouton-poussoir.

Dans un circuit, le contact de maintien est placé en parallèle avec le bouton-poussoir.

Par exemple, sur la figure 1.17:

le contact KM1 branché aux bornes 13 et 14 du bouton-poussoir S1 "marche" est un contact de maintien.

Figure 1.17 

Sur un schéma, lorsque l'on retrouve des boutons-poussoirs AV et AR, on retrouve généralement un contact de maintien relié en parallèle avec chacun des boutons-poussoirs.

Il y a des exceptions, comme le montre la figure 1.19.

Figure 1.19   Contacts de verrouillage dans le schéma électrique d'un palan.

Contacts de verrouillage

Les contacts de verrouillage ont pour rôle d'empêcher que deux actions contraires ne soient exécutées simultanément.

C'est le cas, par exemple, des commandes de marche avant et arrière d'un moteur (KM1 et KM2).

Dans un circuit, on place habituellement le contact de verrouillage avant la bobine d'un relais.

Sur la figure 1.19, les contacts O identifiés par les lettres KM1 et KM2 sont des contacts de verrouillage électrique.

Figure 1.19   Contacts de verrouillage dans le schéma électrique d'un palan.

Contacts à manœuvre positive d'ouverture

En industrie, plusieurs situations dangereuses peuvent survenir. Les personnes chargées de la conception des automatismes doivent donc veiller à prévenir les risques d'endommager les machines ou pire, de blesser le personnel.

Dans certaines situations, il ne suffit pas d'avoir un bouton-poussoir "arrêt d'urgence". Qu'arrivera-t-il si des contacts se soudent à la suite d'un court-circuit ou d'une surintensité ?

Pour pallier ce danger potentiel, les fabricants ont conçu des contacts à manœuvre positive d'ouverture. Ce mécanisme s'applique uniquement aux contacts O, car ce sont eux qui constituent une source de danger en industrie.

Le mécanisme de manœuvre positive d'ouverture, montré à la figure 1.20, assure l'ouverture du contact O même si le contact est soudé ou qu'un ressort interne est brisé.

Figure 1.20   Contact à manœuvre positive d'ouverture.

Dans de telles situations, l'ouverture du contact peut endommager l'interrupteur. Il reste qu'il vaut mieux endommager l'interrupteur que de mettre la santé et la sécurité d'une personne en danger. C'est pourquoi les contacts à manœuvre positive d'ouverture sont trés répandus en industrie.

Les contacts à manœuvre positive d'ouverture sont surtout utilisés avec les boutons-poussoirs "arrêt d'urgence". On les retrouve aussi associés à d'autres modes d'activation comme des interrupteurs de fin de course ou des dispositifs d'arrêt d'urgence à commande par câble.

Il est recommandé d'utiliser un nouveau symbole pour illustrer la manœuvre positive d'ouverture. Ce symbole est utilisé conjointement avec le symbole normalisé du contact.

Figure 1.21   Symbole d'un contact à manœuvre positive d'ouverture.

Boutons-poussoirs

Un bouton-poussoir est un interrupteur actionné par une pression du doigt. Il constitue le lien entre l'humain et la machine.

Boutons-poussoirs à contact momentané

Habituellement, les boutons-poussoirs sont à ressort de rappel, c'est-à-dire qu'un ressort ramène le bouton-poussoir à sa position initiale dès que la pression du doigt disparaît. On dit alors que le bouton-poussoir est à contact momentané.

Figure 1.22   Bouton-poussoir démontable à contacts momentanés.

La plupart des fabricants offrent des boutons-poussoirs démontables pour répondre aux besoins de l'industrie. Ainsi, la plaque d'identification, la couleur du bouton-poussoir et le nombre de contacts peuvent être modifiés en fonction de besoins particuliers.

En général, chaque fabricant possède une gamme assez variée de plaques identificatrices de façon à répondre aux principales tâches à effectuer dans les automatismes.

On retrouve donc des boutons-poussoirs "marche", "arrêt", "secousse avant", "secousse arrière", "montée", "descente", "gauche", "droite", "fermer", "ouvrir", etc.

La couleur d'un bouton-poussoir correspond habituellement à la tâche à effectuer. Bien qu'il existe une grande variété de couleurs (blanc, bleu, gris, jaune, noir, orange, rouge et vert), au moins deux d'entre elles ont une utilisation restreinte.

Ainsi, le vert est réservé pour la commande de marche d'un automatisme ; le rouge ne sert qu'aux commandes d'arrêt ou d'arrêt d'urgence.

Figure 1.18   Capteurs à double contact.

D'autre part, si plus d'un contact est utilisé sur le bouton-poussoir, le lien mécanique doit être dessiné en trait pointillé sur le schéma, comme c'est le cas à la figure 1.18.

Il est possible d'ajouter plusieurs blocs de contacts sur un même bouton-poussoir. Seul l'espace physique disponible, soit la profondeur des boîtiers, peut en restreindre le nombre.

Figure 1.23   Boîtiers de boutons-poussoirs.

Boutons-poussoirs à voyant lumineux

Les boutons-poussoirs démontables peuvent aussi comporter une lampe témoin à même l'actionneur. Le verre du voyant est amovible, ce qui permet d'en changer la couleur.

Figure 1.24   Bouton-poussoir démontable à voyant lumineux.

Boutons-poussoirs monobloc et à accrochage

Il existe sur le marché des boutons-poussoirs monobloc, c'est-à-dire qui ne peuvent pas être démontés. Ces boutons-poussoirs possèdent l'avantage d'être complets. Pour une personne non avertie, ils se révèlent beaucoup plus simples à commander et à installer. Par contre, ils n'offrent pas toute la polyvalence des boutons-poussoirs démontables.

Boutons-poussoirs à accrochage

Le bouton-poussoir "arrêt d'urgence" est très répandu en industrie. Chaque organe de travail (moteur) dans les automatismes industriels doit en posséder au moins un. Si l'arrêt d'urgence est actionné, personne ne doit pouvoir redémarrer l'automatisme avant que quelqu'un ait "déverrouillé" l'arrêt d'urgence de sa position d'activation.

Lorsqu'il a été actionné, l'arrêt d'urgence maintient l'ouverture du circuit. Cette fonction est réalisée par les boutons-poussoirs à accrochage.

Pour être reconnu par un organisme de normalisation (AFNOR, CEI), l'arrêt d'urgence doit être facilement accessible, c'est-à-dire être placé à moins de deux mètres de la position habituelle de l'opérateur.

En outre, il doit posséder au moins cinq des sept caractéristiques suivantes :

  1. - contact O à opération manuelle ;
  2. - actionneur rouge ;
  3. - sans ressort de rappel ;
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