Circuit de commande : Partie de l’installation électrique qui comporte l’appareillage nécessaire à la commande des récepteurs de puissance. Il inclut la source d’alimentation, un appareil d’isolement (sectionneur), une protection du circuit (fusible, disjoncteur), un appareil de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur), et des organes de commande (bobine du contacteur). La source d’alimentation et l’appareillage ne sont pas nécessairement identiques à ceux du circuit de puissance, leur choix dépendant des caractéristiques de la bobine.
Circuit de puissance : Partie de l’installation qui comporte l’appareillage permettant la transmission d’énergie aux récepteurs de puissance selon un automatisme défini. Il comprend une source de puissance (généralement réseau triphasé), un appareil d’isolement (sectionneur), une protection du circuit (fusible, relais de protection), des appareils de commande (contacts du contacteur), et les récepteurs tels que moteurs.
Source d’alimentation : Origine électrique fournissant l’énergie nécessaire au fonctionnement des circuits. Elle peut être différente pour le circuit de commande et le circuit de puissance, en fonction des caractéristiques techniques.
Appareil d’isolement (sectionneur) : Dispositif permettant la séparation totale ou partielle d’un circuit électrique pour assurer la sécurité lors des opérations de maintenance ou en cas d’anomalie. Il doit pouvoir manipuler le courant à vide, sans pouvoir couper sous charge.
Protection du circuit : Dispositifs destinés à protéger contre les surintensités ou courts-circuits. Inclut le fusible (interrompt le circuit en cas de surcharge ou court-circuit par fusion d’un fil conducteur), le disjoncteur (interrompt le courant en cas de surcharge ou court-circuit avec relais magnétique et thermique) et relais de protection (détecte et coupe en cas d’anomalie).
Organes de commande (bobine du contacteur) : Composants électromagnétiques permettant la commutation électrique. La bobine, lorsqu’elle est alimentée, crée un champ magnétique qui ferme ou ouvre les contacts du contacteur pour contrôler la circulation du courant vers les récepteurs.
Les installations industrielles sont constituées d’un circuit de commande permettant la gestion sécurisée et précise des récepteurs via des organes électromagnétiques, et d’un circuit de puissance assurant la transmission efficace d’énergie aux équipements selon un automatisme défini. La sécurité repose sur l’usage combiné d’appareils d’isolement et dispositifs protecteurs adaptés.
Disjoncteur
Appareil de protection comportant deux relais : un relais magnétique qui protège contre les courts-circuits, et un relais thermique qui protège contre les surcharges. Il interrompt le circuit en cas de défaillance électrique pour éviter tout dommage aux équipements.
Sectionneur
Appareil permettant d’assurer le sectionnement (séparation) du réseau électrique au départ des équipements. Il ne possède pas de pouvoir de coupure en charge, doit être manipulé à vide, et sert principalement à isoler une partie du circuit pour maintenance ou sécurité.
Interrupteur sectionneur
Dispositif combinant la fonction d’un interrupteur et d’un sectionneur, capable d’établir ou d’interrompre le passage de l’énergie électrique en charge. Il possède un pouvoir de coupure et peut être manipulé sous charge dans certains cas.
Fusible
Élément conducteur doté d’un fil qui fond lorsqu’il est soumis à un courant supérieur à sa valeur maximale supportée. La fusion interrompt le circuit pour protéger contre les surcharges ou courts-circuits. Il existe plusieurs types : gF (usage domestique), gG (usage industriel), aM (pour accompagnement moteur).
Relais thermique
Dispositif de protection contre les surcharges, il agit par chauffage : lorsque le courant dépasse une valeur prédéfinie, il chauffe et coupe le circuit pour éviter la détérioration du moteur ou de l’équipement protégé.
Contacteur
Appareil de commande capable d’établir ou d’interrompre le passage de l’énergie électrique dans un circuit. Il assure la fonction de commutation, généralement contrôlé par une bobine (circuit de commande) pour gérer la puissance vers les récepteurs (moteurs, etc.).
Les appareils de commande et protection assurent la sécurité, la fiabilité et la gestion efficace des circuits électriques industriels. Leur choix dépend des caractéristiques du circuit (charge, courant, tension) et des exigences opérationnelles.
Lampes de signalisations : Dispositifs visuels utilisés pour indiquer l’état de fonctionnement ou un défaut d’un système électrique ou automatisé. Elles permettent une lecture immédiate de la situation par un opérateur, en utilisant des couleurs ou des symboles spécifiques pour différencier les états (normal, alarme, panne).
Signalisation visuelle du fonctionnement : Ensemble d’éléments (lampes, voyants, indicateurs) destinés à représenter de manière claire et immédiate le statut d’un équipement ou d’un processus. Elle facilite la surveillance et la prise de décision rapide dans une installation.
Capteur de fin de course (ou interrupteur de position mécanique) : Dispositif mécanique ou électromécanique qui coupe ou établit un circuit lorsqu’un mobile atteint une position prédéfinie. Il sert à arrêter ou à inverser le mouvement d’un mécanisme en fin de course, garantissant la sécurité et la précision du positionnement.
Interrupteur de position mécanique : Dispositif permettant de détecter la position d’un organe mécanique par un contact physique. Lorsqu’il est actionné par un mouvement, il ouvre ou ferme un circuit électrique pour signaler cette position.
Bloc auxiliaire temporisé : Composant qui retarde l’action d’un contacteur lors de sa mise sous tension ou son arrêt. Il permet d’éviter les déclenchements intempestifs ou d’assurer un délai précis dans le fonctionnement automatisé.
Bloc de contacts auxiliaires : Appareil mécanique ajouté à un contacteur permettant d’ajouter 2 à 4 contacts supplémentaires dans le circuit de commande. Ces contacts sont utilisés pour réaliser des fonctions logiques, des verrouillages ou des séquences dans l’automatisme.
Contacteur auxiliaire : Contacteur comportant uniquement des contacts de commande (sans bobine). Il est monté en parallèle ou en série avec d’autres composants pour réaliser des fonctions logiques ou pour ajouter des points de commande supplémentaires sur un contacteur principal.
Les appareils de signalisation et les dispositifs auxiliaires jouent un rôle crucial dans la surveillance, la sécurité et le contrôle précis des installations industrielles automatisées. Leur utilisation permet une gestion efficace et sécurisée du fonctionnement global.
Disjoncteur : Appareil de protection comportant deux relais, un relais magnétique qui protège contre les courts-circuits et un relais thermique qui protège contre les surcharges. Il assure la coupure automatique du circuit en cas de défauts électriques importants.
Fusible : Élément conducteur constitué d’un fil ou d’une cartouche dont la fusion interrompt le circuit lorsqu’un courant supérieur à sa capacité maximale le traverse. Il existe plusieurs types :
Pouvoir de coupure : Courant maximal qu’un appareil de sectionnement peut interrompre sans endommagement. Le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure et doit être manipulé à vide.
Relais thermique : Dispositif de protection du moteur contre les surcharges. Il coupe le circuit lorsque le courant dépasse une valeur prédéfinie, évitant ainsi la détérioration du moteur due à une surcharge prolongée.
Les appareils de protection tels que disjoncteurs, fusibles et relais thermiques sont essentiels pour assurer la sécurité des installations électriques en protégeant contre les courts-circuits et surcharges. Leur choix dépend des caractéristiques du circuit et des risques encourus.
Contacteur (fonction commutation) : Appareil électrique permettant d’établir ou d’interrompre le passage du courant dans un circuit de puissance par action d’une bobine de commande. Il se compose d’une bobine, de contacts de puissance et de contacts auxiliaires, et assure la fonction de commutation pour contrôler la mise en marche ou l’arrêt des récepteurs (ex : moteurs). La bobine, lorsqu’elle est alimentée, crée un champ magnétique qui attire un noyau mobile, fermant ou ouvrant ainsi les contacts.
Bloc auxiliaire temporisé (retard d’action) : Dispositif associé à un contacteur ou à un autre appareil de commande permettant de retarder l’action ou la coupure des contacts après une commande initiale. Il sert à synchroniser ou à temporiser des opérations dans un circuit électrique, en assurant une mise en marche ou un arrêt différé selon un délai prédéfini.
Bloc de contacts auxiliaires (ajout contacts) : Ensemble de contacts mécaniques additionnels montés sur un contacteur ou un autre appareil de commande. Ils permettent d’étendre la capacité de contrôle en ajoutant 2 à 4 contacts supplémentaires dans le circuit de commande, utilisés pour réaliser des fonctions logiques, signaler l’état du contacteur ou piloter d’autres appareils.
Contacteur auxiliaire (contacts de commande) : Contact mécanique généralement intégré ou ajouté au contacteur principal, destiné uniquement à la partie commande. Il possède des contacts normalement ouverts (NO) ou normalement fermés (NF) qui sont utilisés pour piloter d’autres circuits, notamment pour le verrouillage électrique ou la commande d’autres appareils.
Bobine du contacteur : Élément électromagnétique du contacteur constitué d’un enroulement bobiné autour d’un noyau ferromagnétique. Lorsqu’elle est alimentée par une tension continue ou alternative adaptée, elle génère un champ magnétique qui attire le noyau mobile pour fermer ou ouvrir les contacts du contacteur.
Le contacteur est un dispositif clé dans l’automatisation industrielle permettant une commutation sûre et efficace grâce à sa bobine et ses contacts, tandis que ses accessoires comme les blocs auxiliaires temporisés et les contacts auxiliaires enrichissent ses fonctionnalités pour répondre aux besoins complexes des circuits automatisés.
Rotor bobiné
Rotor comportant un bobinage triphasé accessible par trois bagues et trois balais, permettant l'insertion de résistances rotoriques pour contrôler le démarrage ou le freinage. Ce rotor est relié en circuit rotorique en court-circuit lors du fonctionnement normal, mais peut être modifié pour des opérations spécifiques.
Rotor à cage d’écureuil
Rotor constitué de barres conductrices en aluminium ou en cuivre, soudées aux anneaux conducteurs (bagues) formant une cage. Ce type de rotor est non accessible, fabriqué par moulage ou soudure, et constitue la majorité des moteurs asynchrones pour sa simplicité et robustesse. Lors du fonctionnement, il est relié en circuit rotorique en court-circuit.
Circuit rotorique en court-circuit
Configuration dans laquelle les enroulements du rotor sont reliés directement entre eux via des bagues et des barres conductrices, formant un circuit fermé. Lors du fonctionnement normal, cette connexion permet la création du champ tournant et la production du couple moteur. La modification de cette connexion (par exemple via résistances rotoriques) permet de contrôler le démarrage ou le freinage.
Récepteurs de puissance (moteurs)
Appareils électromécaniques convertissant l’énergie électrique en énergie mécanique. Dans ce contexte, il s’agit principalement des moteurs asynchrones triphasés, qui sont alimentés par un réseau triphasé pour produire un mouvement rotatif.
Plaque signalétique du moteur
Étiquette fixée sur le moteur indiquant ses caractéristiques essentielles telles que la tension d’alimentation, la puissance nominale, la fréquence, le courant nominal, le couplage (étoile ou triangle), la vitesse nominale, et d’autres paramètres techniques indispensables à leur utilisation correcte.
Les moteurs asynchrones triphasés utilisent principalement un rotor à cage d’écureuil ou bobiné ; leur circuit rotorique en court-circuit est essentiel au principe de fonctionnement par induction, tandis que la plaque signalétique fournit toutes les informations nécessaires pour leur raccordement et leur utilisation optimale.
Champ magnétique tournant : Champ magnétique créé par l’alimentation triphasée, qui tourne autour de l’axe du moteur. Il est généré lorsque trois bobines identiques, placées à 120° les unes des autres, sont alimentées par une tension alternative triphasée. La rotation du champ est essentielle pour induire un mouvement dans le rotor.
Courants de Foucault : Courants électriques induits dans un conducteur en rotation ou en mouvement relatif par un champ magnétique variable. Selon Loi de Lenz (voir plus bas), ces courants s’opposent à la variation du flux magnétique qui les a produits, créant une force de freinage ou de couple.
Loi de Lenz : Principe selon lequel les courants induits dans un conducteur s’opposent à la cause qui les a générés. En contexte de moteur asynchrone, cette loi explique que les courants de Foucault induits dans le rotor s’opposent au changement du flux magnétique, ce qui influence le couple et la dynamique du moteur.
Couple de décollage : Couple mécanique maximal que peut produire le moteur lors du démarrage (décollage). Il dépend des courants de Foucault et du champ tournant, et est généralement supérieur au couple nominal pour assurer la mise en rotation initiale.
Vitesse du rotor inférieure à la vitesse du champ : Lorsqu’un moteur asynchrone fonctionne en régime normal, le rotor tourne à une vitesse légèrement inférieure à celle du champ tournant. La différence de vitesse (glissement) permet l’induction des courants dans le rotor, nécessaires pour produire le couple.
Création d’un champ tournant en triphasé : Résulte de l’alimentation simultanée de trois bobines placées à 120°, produisant un champ magnétique qui tourne autour de l’axe du moteur. La rotation est assurée par la différence de phase entre les courants triphasés, permettant d’entraîner le rotor.
Le fonctionnement d’un moteur asynchrone repose sur la génération d’un champ magnétique tournant en triphasé, dont l’interaction avec les courants de Foucault induits dans le rotor produit un couple mécanique selon la Loi de Lenz ; cette interaction nécessite que la vitesse du rotor reste inférieure à celle du champ pour maintenir l’induction.
Couplage étoile (Y) : Méthode de connexion des enroulements du stator d’un moteur électrique où chaque enroulement est relié à une borne commune (neutre), formant ainsi un symbole de Y. La tension entre deux bornes d’un enroulement est la tension composée, tandis que la tension entre une borne et la neutre est la tension simple. Ce couplage permet de réduire la tension appliquée à chaque enroulement, limitant le courant de démarrage.
Couplage triangle (D) : Connexion des enroulements du stator où chaque enroulement est relié aux deux autres, formant un circuit fermé en triangle. La tension appliquée entre deux bornes d’un enroulement correspond à la tension simple, tandis que la tension entre deux points du triangle est la tension composée. Ce couplage est utilisé pour appliquer la tension nominale du réseau.
Barrettes de couplage sur plaque à bornes : Dispositifs permettant de réaliser le couplage des enroulements du moteur soit en étoile soit en triangle. Elles sont insérées dans la plaque à bornes pour assurer le changement de configuration selon les indications de la plaque signalétique.
Tension simple : Tension électrique appliquée entre une seule borne d’un enroulement et le point neutre ou une autre borne, selon le type de couplage. Elle correspond à la tension effective dans chaque bobine lors du couplage étoile.
Tension composée : Tension électrique mesurée entre deux bornes d’un enroulement ou entre deux points du circuit de couplage, généralement plus élevée que la tension simple. Elle correspond à la tension totale appliquée dans le cas d’un couplage triangle.
Détermination du couplage selon plaque signalétique : La configuration des enroulements (Y ou D) est choisie en fonction des tensions indiquées sur la plaque signalétique du moteur et celles du réseau d’alimentation. Si la plus petite tension de la plaque correspond à la tension entre phases du réseau, on adopte le couplage D ; si c’est la plus grande, on privilégie le couplage Y.
Le couplage étoile réduit l’intensité au démarrage pour protéger les enroulements, tandis que le couplage triangle permet l’application de la tension nominale pour un fonctionnement normal ; leur sélection dépend strictement des indications sur la plaque signalétique et des tensions du réseau.
Démarrage direct : Méthode où le moteur est connecté directement au réseau d’alimentation en un seul temps, entraînant un courant de démarrage élevé (4 à 8 fois le courant nominal) et un couple de décollage important (1,5 fois le couple nominal). Utilisée principalement pour faibles puissances.
Démarrage semi-automatique : Démarrage où le moteur est mis en marche ou arrêté par des boutons poussoirs, avec possibilité d’inversion de marche. Peut comporter un verrouillage électrique entre contacteurs pour assurer la sécurité.
Limitation du courant de démarrage : Ensemble de procédés visant à réduire le courant lors du démarrage tout en conservant des performances mécaniques satisfaisantes. Se divise en actions sur le stator ou sur le rotor.
Démarrage étoile-triangle : Procédé en deux temps où, initialement, chaque enroulement du stator est alimenté en tension réduite via un couplage étoile (Y), puis, après une période, change en couplage triangle (D) pour atteindre la tension nominale. Permet une réduction du courant de démarrage.
Démarrage par élimination de résistances statoriques : Technique consistant à insérer puis à retirer progressivement des résistances connectées en série avec les enroulements statoriques pour limiter le courant au démarrage. Peut être réalisé à sens unique ou bidirectionnel.
Démarrage par élimination de résistances rotoriques : Technique adaptée aux moteurs à rotor bobiné où des résistances sont insérées dans le circuit rotor via des bagues et balais. Le démarrage se fait avec résistance maximale, puis celles-ci sont éliminées étape par étape pour atteindre la marche normale.
Démarreurs électroniques : Dispositifs permettant de démarrer et faire varier la vitesse du moteur tout en assurant sa protection contre les surintensités et emballements. Exemple : démarreur de type ATS.
Le choix du procédé dépend de la puissance du moteur, des contraintes mécaniques et électriques, ainsi que des coûts d’installation.
La limitation du courant est essentielle pour éviter la détérioration des enroulements ou des équipements annexes lors du démarrage.
La méthode étoile-triangle est semi-automatique et adaptée aux moteurs moyens à fortes puissances ; elle nécessite un changement de couplage après une période définie.
Les résistances statoriques ou rotoriques permettent une réduction progressive du courant mais impliquent souvent une complexité accrue dans le câblage et la commande.
Les démarreurs électroniques offrent une grande flexibilité, notamment pour la variation de vitesse et la protection intégrée.
Les procédés de démarrage visent principalement à réduire le courant d’appel lors du lancement tout en assurant un couple suffisant pour entraîner la charge, adaptant ainsi la méthode au type et à la puissance du moteur.
Branchement direct au réseau : Mode de connexion d’un moteur à l’alimentation électrique en le reliant directement aux phases du réseau sans étape intermédiaire ou dispositif de limitation.
Courant de démarrage élevé (4 à 8 fois nominal) : Intensité du courant qui traverse le moteur lors du démarrage, pouvant atteindre plusieurs fois le courant nominal du moteur, ce qui peut entraîner des contraintes sur l’installation électrique.
Couple de décollage important (1,5 fois nominal) : Force mécanique initiale produite par le moteur lors du démarrage, essentielle pour lancer la charge ou la machine entraînée.
Démarrage en un seul temps : Procédé où le moteur est mis sous tension directement et instantanément au réseau, sans étape progressive ou dispositif d’atténuation.
Utilisation pour moteurs de faible puissance : Application recommandée lorsque la puissance du moteur est faible, afin d’éviter les contraintes liées au courant élevé et au couple important lors du démarrage.
Le démarrage direct est une solution simple et rapide pour lancer des moteurs faibles puissances, mais il implique un courant de démarrage élevé qui doit être compatible avec l’installation électrique.
Démarrage semi-automatique à un seul sens de marche : procédé où un moteur asynchrone est démarré par un bouton poussoir, permettant la mise en marche dans un seul sens, avec arrêt manuel ou automatique via un circuit de commande. La commande inclut généralement un contacteur principal, une protection thermique, et un bouton d’arrêt.
Démarrage semi-automatique à deux sens de marche : méthode permettant de faire fonctionner le moteur dans deux directions opposées, contrôlées par deux boutons poussoirs (S1 pour le sens 1, S2 pour le sens 2), et un bouton d’arrêt (S0). La commande utilise deux contacteurs (KM1 et KM2) pour inverser le courant dans les enroulements du moteur.
Verrouillage électrique entre contacteurs : dispositif assurant que deux contacteurs ne peuvent pas être activés simultanément, évitant ainsi des court-circuits ou des dysfonctionnements. Il est réalisé par des contacts auxiliaires croisés ou par circuit logique empêchant la mise en marche simultanée.
Utilisation de butées de fin de course pour arrêt : mécanisme mécanique ou capteur qui coupe ou établit un circuit électrique lorsque le mobile atteint une position limite. Lorsqu’une butée est actionnée, elle arrête ou inverse la rotation du moteur, garantissant la sécurité et la précision du mouvement.
Inversion de sens de rotation par butées : procédé où l’action d’une butée déclenche l’inversion du sens de rotation du moteur. Lorsqu’un mobile atteint une position limite (butée), le circuit commande automatiquement le changement de polarité ou l’activation d’un contacteur inverseur pour faire changer la direction du moteur.
Le démarrage semi-automatique permet une mise en marche contrôlée dans un seul ou deux sens avec intervention minimale de l’opérateur.
La commande à deux sens nécessite deux contacteurs (KM1 et KM2) qui sont verrouillés électriquement pour éviter leur activation simultanée. Ce verrouillage est souvent réalisé par des contacts auxiliaires croisés ou par circuits logiques.
Les boutons poussoirs S1 et S2 commandent respectivement les contacteurs pour chaque sens de marche. Le bouton S0 sert à arrêter le moteur en coupant l’alimentation.
Les butées (S3 et S4) sont utilisées pour arrêter ou inverser la rotation lorsque le mobile atteint une position limite. Leur action peut déclencher automatiquement l’inversion du sens via circuit électrique spécifique.
L’inversion automatique par butées nécessite que le circuit soit conçu pour changer la polarité ou activer un contacteur inverseur lors du passage d’une butée à l’autre.
Le démarrage semi-automatique permet une commande sécurisée et efficace du moteur dans un ou deux sens, utilisant des boutons poussoirs, des contacteurs verrouillés électriquement, et des butées pour arrêter ou inverser la rotation selon la position du mobile.
| Catégorie | Dispositifs | Fonction principale | Exemple / Type | Auteur / Référence |
|---|---|---|---|---|
| Circuit de commande | Appareillage | Commande des récepteurs | Bouton poussoir, bobine du contacteur | — |
| Circuit de puissance | Appareillage | Transmission d’énergie aux récepteurs | Moteurs, résistances | — |
| Protection | Fusible, disjoncteur, relais de protection | Protection contre surcharges et courts-circuits | Fusible gG, disjoncteur thermique/magnétique | — |
| Isolement | Sectionneur, interrupteur sectionneur | Séparation totale du circuit pour maintenance ou sécurité | Manipulation à vide, coupure hors charge | — |
| Commande électromagnétique | Contacteur, relais thermique | Contrôle à distance ou automatique des circuits | Bobine du contacteur, relais thermique pour moteurs | — |
| Signalisation | Lampes, voyants, capteurs de fin de course | Indication d’état ou positionnement | Lampes vertes/rouges, interrupteur de fin de course | — |
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