Les moteurs triphasés à courant alternatif utilisés dans l'industrie moderne sont exposés à de nombreuses perturbations causées par un fonctionnement en phase partielle ou une asymétrie de tension entre phases. Ces phénomènes peuvent provoquer un échauffement excessif du moteur et, par conséquent, sa défaillance. Un autre problème majeur est la modification non autorisée de l'ordre des phases du moteur, qui entraîne une inversion du sens de rotation et des dommages mécaniques. Pour éviter ces défauts, des capteurs de perte de phase et d'ordre de phase sont utilisés.
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Les facteurs pouvant endommager un capteur CA connecté à un réseau triphasé, ainsi que le principe de fonctionnement et les spécificités des capteurs de perte de tension et d'ordre de phase, vous seront présentés. Vous apprendrez également les spécificités de la mesure de la tension efficace réelle pour les formes d'onde déformées. Nous présenterons également les solutions efficaces de la marque F&F !
Quels facteurs peuvent endommager le moteur ?
Selon les statistiques, jusqu'à 44 % des pannes de moteurs asynchrones à induction sont dues à une augmentation de la température au-delà de la valeur nominale, générée par les courants de Foucault dans le stator et le rotor, le flux de courant dans les bobinages ou le frottement mécanique des roulements. Une augmentation permanente de la température du moteur de seulement 10 °C au-dessus de la valeur limite autorisée peut réduire sa durée de vie jusqu'à deux fois.
Le phénomène d'asymétrie de la tension d'alimentation
La principale menace pour les moteurs à courant alternatif connectés à un réseau triphasé est une charge de courant asymétrique . Ce phénomène entraîne l'apparition de courants inverses et est induit par l'asymétrie de la tension d'alimentation et en cas de chute de tension.
En cas de perte de tension sur au moins une phase d'un moteur alimenté par un réseau triphasé, une différence apparaît dans le système de tension entre les valeurs efficaces des tensions composées et les décalages angulaires de ces tensions. Ceci entraîne l'apparition d'une asymétrie entre les vecteurs de tension, qui ne forment pas un triangle équilatéral en conditions de fonctionnement anormales.
En régime asymétrique, le système d'alimentation entraîne de nombreuses variations défavorables du fonctionnement nominal des moteurs asynchrones. Par exemple, l'inhibition du mouvement du rotor par des courants inverses ou une augmentation excessive des pertes thermiques dans le bobinage du moteur résultant d'une asymétrie de courant.
Phénomène de perte de phase
La plus grande menace pour les moteurs asynchrones est de loin le fonctionnement avec au moins une phase en moins, appelé perte de phase. La perte de phase survient en cas de perte de tension due à une interruption totale de l'alimentation de l'une des trois phases du réseau.
Le plus souvent, la perte totale de phase est due à la défaillance des contacts du contacteur principal ou des contacts de phase, généralement due à une augmentation excessive de la résistance des contacts du contacteur ou à leur grillage. La perte de phase sur au moins une phase peut être due à la rupture d'un des fusibles qui la protègent.
Une perte de phase peut également survenir suite à une interruption de l'alimentation du transformateur, des fils ou des enroulements du moteur. Si une perte de phase se produit côté moyenne tension du transformateur (notamment dans le système de connexion Yd), les courants du moteur peuvent augmenter de 115 %, 115 % et 230 % de la valeur nominale sur chaque phase.
À l'inverse, si une perte de phase se produit sur au moins une phase du moteur, les courants des deux phases restantes augmenteront de plus de 70 % de leur valeur nominale. L'apparition d'une asymétrie d'alimentation pendant le fonctionnement du moteur entraînera un doublement de la consommation de courant (sauf en cas d'arrêt du moteur), ce qui entraînera la combustion de son isolation ou l'activation des protections.
Le capteur de perte de phase et le capteur de contrôle de séquence de phase sont généralement montés sur le support de montage du rail TH-35, mais le capteur de perte de phase peut également être monté directement au sol.
Les capteurs de perte de phase sont disponibles en versions pour installation dans des systèmes triphasés avec ou sans fil neutre. La présence d'un fil neutre compatible avec un capteur donné est particulièrement utile en cas de fonctionnement avec un générateur.
Capteurs de perte de phase et capteurs de séquence de phases. Que faut-il savoir à leur sujet ?
Pour éviter les irrégularités dans les paramètres d'alimentation des moteurs triphasés et pour éteindre immédiatement les machines en cas de défaillance de phase, des instruments de mesure et de contrôle, appelés capteurs de défaillance de phase (CZF), sont utilisés. Pour réduire le risque de mauvaise séquence de connexion des phases, des capteurs de défaillance et de séquence de phase (CKF) sont également utilisés.
Les capteurs de perte de phase CZF surveillent uniquement le niveau de tension de phase et le comparent aux réglages nominaux. Ils ne vérifient pas l'ordre de connexion ni l'asymétrie des phases. C'est pourquoi ils sont principalement utilisés dans les machines et appareils électriques, où un changement de sens de rotation ne risque pas d'endommager ou de défaillir le système.
Le capteur de perte et de séquence de phases est quant à lui un instrument de mesure plus polyvalent. Il contrôle le niveau des tensions de phase et surveille l'ordre de connexion des phases. Grâce à cela, ce type de capteur protège efficacement les moteurs électriques contre les phénomènes d'asymétrie et les démarrages dans le mauvais sens.
Principe de fonctionnement des capteurs de perte de phase
Les capteurs de perte de phase CZF et les capteurs de perte et de séquence de phase CKF mesurent en continu les tensions de phase. Si un capteur de perte de phase détecte des paramètres d'alimentation incorrects et une asymétrie de tension supérieure à la valeur autorisée, il active les contacts du contacteur de commande du moteur, coupant ainsi l'alimentation de la machine et la protégeant de toute destruction.
Parmi les produits de base appartenant à la série de capteurs de perte de phase (modèles CKF-B et CZF-B), il n'est pas possible de régler la valeur de tension d'asymétrie et le temps de réponse du capteur, car les paramètres du produit sont définis « de manière rigide » par le fabricant - généralement à une valeur de 55 V.
Une série de produits plus avancés (modèles CZF-BT et CKF-BT ) permettent une régulation précise de l'asymétrie de tension et du temps de déclenchement après lequel l'alimentation est coupée.
Il existe également sur le marché des capteurs qui fonctionnent non seulement comme capteurs de perte de phase, mais aussi comme capteurs de sécurité en cas de dommage aux contacteurs contrôlant le fonctionnement du moteur. Ce type de capteur est, par exemple, le modèle CZF2-B , qui permet de mesurer les paramètres du réseau et de surveiller l'état des contacts du contacteur.
Mesure de la valeur efficace vraie RMS
Pour un contrôle précis des paramètres d'alimentation des appareils électriques , on utilise des dispositifs mesurant la valeur efficace réelle de la tension pour les formes d'onde déformées. Un tel dispositif est un capteur TRMS. Ce capteur mesure la valeur instantanée de la tension à chaque période d'alimentation. Grâce à cela, le capteur TRMS est capable de vérifier avec précision la valeur efficace de la tension, indépendamment de la distorsion du signal et des interférences externes affectant la forme de la sinusoïde.
Les capteurs True RMS permettent de mesurer les valeurs de tension effectives réelles dans n'importe quel réseau d'alimentation et peuvent fonctionner avec des générateurs d'énergie qui, pendant le fonctionnement nominal, génèrent de nombreuses interférences pouvant perturber le fonctionnement des relais sans mesurer la valeur True RMS.