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ELECTROTECHNIQUE ET AUTOMATISME UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH FACULTE D

ELECTROTECHNIQUE ET AUTOMATISME UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES Département Génie Électrique Hassane El markhi 2 Définir les notions de base de l’électrotechnique Comprendre le fonctionnement et l’utilisation des appareils électriques Lire, améliorer et concevoir le schéma d’une installation électrique Concevoir des installations électriques à partir d’un cahier de charge Identifier les différents parties et constituants d’un système automatisé Programmation LADDER Lire et dessiner une séquence de commande en GRAFCET Choisir un automate programmable industriel à partir d’un cahier des charges Etude détaillée et Programmation d’un automate programmable industriel LOGO de Siemens. Objectifs : 3 Plan du cours Production et transport de l’énergie électrique Éléments de circuits en courant alternatif monophasé Systèmes triphasés équilibrés Appareillage électrique Sécurité électrique Schéma de liaison à la terre (SLT) Schéma électrique de commande et puissance Moteur Asynchrone triphasé: fonctionnement, démarrage, freinage, réglage de la vitesse Conception d’un équipement Généralités sur les systèmes automatisés Programmation en langage à contacts LADDER Le diagramme fonctionnel GRAFCET Matérialisation du GRAFCET par séquences câblée Étude et mise en œuvre de l’automate programmable LOGO Siemens 4 Introduction Qu'est ce que l'électrotechnique ? C'est la partie de la physique qui regroupe les technologies de : Production, Transport, Transformation, Exploitation (ou Consommation) de L' Energie Electrique C'est une matière dans laquelle on s'intéresse en priorité à l'aspect énergétique des systèmes rencontrés. 5CharbonFuelGaz naturelNucléaireÉnergies renouvelablesSources d’énergie électrique Hydraulique Solaire Éolien 6Centrales thermiques à flammeÉnergie primaire:Combustibles (fuel, charbon ou gaz) Le combustible brûlé sert à chauffer l’eau pour la transformer en vapeur. Le dégagement de vapeur va faire tourner la turbine. Puis la turbine entraîne l’alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique 7CentralesthermiquesnucléairesÉnergie primaire:Combustibleuranium Principe: 8CentralesthermiquesnucléairesUtilise la propriété de fission de certains matériaux, cette fission (rupture du noyau d’un atome) libère de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour transformer l’eau en vapeur, puis fonctionnement identique à une centrale thermique à flamme.Schémadefonctionnement 9CentralesHydrauliquesÉnergie primaire:Chute d’eau TurbineAlternateurTransformateurChuteeauLigneshautetensionL’énergie potentielle et cinétique de l’eau dans le barrage va faire tourner les turbines. Ces turbines vont elles mêmes entraîner l’alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. 10Répartition des différentes sources énergétiques dans la production d’électricité.-75 %: énergie nucléaire-20%: énergie hydraulique-5 %: énergie éolienne et autresFranceMaroc-87 %: énergie thermique (charbon 60%+ fuel 23%+ gaz naturel 4%)-9%: énergie hydraulique-0.4 %: énergie éolienne-3.6%: Électricité importé -en 2017 : Énergie nucléaire 11oPermet de produire de l’électricité pendant les pointes de consommation, (tr~0.5mn )oAu contraire on peut stocker de l’énergie en pompant l’eau pour le ramener dans le barrage pendant les heures creuse où l’électricité est produite à faibles coûts: énergie modulableoEnergie renouvelable non polluanteoSècheresseEnergie HydrauliqueEnergie NucléaireEnergie Thermique à flammeoLe charbon est Le plus polluant, plusieurs centaines d’années de réservesoPrix du pétrole. Le charbon est l’énergie de l’avenirAvantagesetInconvénientsoCoût réduit notamment grâce à un faible besoin en matière premièreoMise en production longue (tr 30mn )oDéchets radioactifsAccident CENTRALE NUCLEAIRE DE FUKUSHIMA 12Organisation du transport et de la distribution d’énergie électrique 13 Eléments de circuits en courant alternatif monophasé Circuits Sinusoïdales 2 raisons L’énergie électrique que nous consommons est distribuée sous forme de tension alternative sinusoïdale à 50hz ou 60Hz ; Tout signal périodique de forme quelconque peut se décomposer en une série de sinusoïdes dont les fréquences= nla fréquence fondamentale. 14 I. GRANDEURS SINUSOIDALES :  Un signal alternatif périodique sinusoïdal   Une grandeur périodique est alternative si sa valeur instantanée est tantôt positive tantôt négative.  Toute grandeur périodique de période peut être décomposer en une série de Fourier :  On caractérise une grandeur périodique par : o Sa valeur moyenne : o Sa valeur efficace : ) sin( ) ( t M V t v     2  T       1 n n n moy t n S S t s ) cos( ) ( max      T moy dt t s T s S 0 ) ( 1     T eff dt t s T s S S 0 2 2 ) ( 1 Pour une grandeur sinusoïdale  0  moy S 2 M eff S S  15 I. PUISSANCES (1/3) : ) cos( ) (    t I t i m ) cos( ) ( t V t v M   vi p  cos VI P La puissance instantanée est : La puissance moyenne ou la puissance active : en W La puissance active = la puissance électrique transportée entre les générateurs et les récepteurs, physiquement elle est liée à une transformation d’énergie. Mécanique Electrique dans les alternateurs ou les générateurs Electrique Mécanique dans le cas des moteurs Electrique Calorifique dans les dispositifs destinés à l’éclairage ou chauffage. 16 I. PUISSANCES (2/3) : ) cos( ) (    t I t i m ) cos( ) ( t V t v M   La puissance apparente : VI S Puissance de dimensionnement : La section du conducteur ; Circuit magnétique du bobinage des machines électriques. en V.A S P f p  cos  p f Le facteur de puissance : en régime sinusoïdal 17 I. PUISSANCES (3/3) : ) cos( ) (    t I t i m ) cos( ) ( t V t v M   La puissance réactive :  sin VI Q en V.A.R Elle traduit les échanges d’énergie électrostatique et électromagnétique entre la source et les réactances du récepteur ( capacité ou inductance ). Q est positif pour un circuit inductif, Q est négatif pour un circuit capacitif.  cos S P  sin S Q 2 2 Q P S   Relation entre les différents puissances : En régime sinusoïdal : 18 III. ETUDES DES RESEAUX (1/3) : ) 2 cos(        t I dt di m ) cos( ) (    t I t i m ) 2 cos(         t I idt m On distingue trois méthodes pour l’étude des réseaux électriques : méthode vectorielle (ou méthode de fresnel), méthode complexe, méthode des puissances. 19 III. ETUDES DES RESEAUX (2/3) : Méthode Vectorielle Méthode Complexe  j Ze jX R Z    2 2 X R Z   ) arctan( ) arg( R X Z    20 III. ETUDES DES RESEAUX (3/3) : Méthode des Puissances ou BOUCHEROT Théorème : Dans un système qui reçoit de l’énergie électrique en courant alternatif monophasé la puissance active fournie est égale la puissance active consommée dans chaque récepteur. Il en est de même pour la puissance réactive. n P P P P     ... 2 1 n Q Q Q Q     ... 2 1 Exercice D’application P1, Q1 P2, Q2 Pn, Qn V I … S = V.I S S1 + S2 + … + Sn 21Exercice D’application 1 1 54 , cos 0.8 P KW     cos  2 . 0 r  4 . 0  l F C  200 Onalimenteenparallèlesous220V,deuxmoteursM1absorbantunepuissanceactivede,etM2absorbant1)CalculerItotaleet2)LesdeuxmoteurssontalimentésparuneligneayantetQuelleseraitlatensiond’alimentationU1fournieparlacentralepourquelesdeuxmoteursrestentsoumisàunetension220V.quelleseraitlatensiond’alimentationU2? 2 2 4 , cos 0.71 P KW   entre la tension U du réseau et I?3)Si on place un condensateur de capacitéen parallèle avec les deux moteurs, 22 IV. PROBLEME DU FACTEUR DE PUISSANCE : Tout système électrique met en jeu deux formes d'énergie : l'énergie active P l’énergie réactive Q Dans les processus industriels utilisant l'énergie électrique seule l'énergie active est transformée au sein de l'outil de production en énergie mécanique, thermique, lumineuse, etc... l'énergie réactive sert notamment à l'alimentation des circuits magnétiques des machines électriques (moteurs, autotransformateurs, etc...). 23 Expérience : Considérons deux appareils électriques fréquemment employés, fonctionnant en monophasé sous la tension de 220V alternatif : o Un four électrique à résistances o Un moteur monophasé dont le rendement sera égal à 1. I moteur > I résistances Smoteur > Srésistances 24 Pour une puissance active identique (P=8800W) : le moteur appelle sur le réseau une puissance apparente (S = 11000VA) le four appelle une puissance apparente (S = 8800VA). Cela est dû au fait que pour disposer de 8800W de puissance active (moteur), il faut aimanter le circuit magnétique de ce dernier et donc consommer de l'énergie REACTIVE ( = 0 .8 ).Le est mauvais:•Quand le moteur ne donne pas sa puissancenominale en particulier à vide; •Quand le moteur est survolté. Expérience : (suite)  cos  cos 25 Amélioration du Facteur de puissance Comment améliorer le ?  En diminuant la dépense de la puissance réactive .  En produisant dans l’installation la puissance réactive qu’elle utilise Cette amélioration présente de nombreux avantages : diminution de la facture d’électricité réduction de la puissance souscrite pour les abonnés diminution de la section des câbles, diminution des pertes en ligne, réduction de la chute de tension, augmentation de la puissance disponible du transformateur. La compensation d’énergie réactive peut se faire : • par condensateurs fixes • par batteries de condensateurs à régulation automatique • par des compensateurs statiques  uploads/Science et Technologie/ electrotechnique-et-automatisme.pdf