Rapport station de pompage

PROJET DE FIN D'ETUDE 2016 2016

Université Arabe des Sciences

Introduction général

Les ressource ressourcess en eau ont toujo toujours urs été recherch recherchées ées puis puis mobili mobilisées sées pour divers divers usages concourant concourant au développement développement socio-économiqu socio-économique e des populations populations.. Les points d'utilisation sont généralement distants des ressources en eau. Aussi il faut transporter les demandes en eau de leur site naturel aux points d'utilisation. Ce transport exige de l'énergie. l'énergie. Comme la société COA! COA!"# $%&(!#) est spécialisée dans l*"tude et installations d*équipements électriques et h+dromécaniques des stations de pompage, j*ai choisi avec mes encadreurs au sein d’ Université Université Arabe des Sciences Sciences &

la société Cowater Industry) d*étudier les

dimensionnements et gestion de fonctionnement d'une station de pompage

L*étude L*étude de ce projet sera réalisée en quatre phases -

&imens &imension ionnem nement ent et choix choix des des pompes pompes selon selon cahi cahier er des char charges ges du du client. client.

-

&ime &imens nsio ionn nnem ement ent des des mot moteu eurs rs élect électriq rique ues. s.

-

"tude "tude et choix choix de de s+stm s+stmee de déma démarrag rragee des moteur moteurss électr électriqu iques. es.

-

/estio /estion n des défére déférents nts modes modes fonct fonction ionnem nement ent des des groupes groupes électr électropo opomp mpes. es.

0remire phase -&imensionneme -&imensionnement nt et et choix des pompes1 &ans ce chapitre an étudier une générale générale sur les pompes pompes - Caractéri Caractéristiq stiques ues - "léments "léments de base base pour po ur le c al cu l e t le c hoix ho ix de s po mp es - Ca lcul lc ul s re la tif ti f s au x pomp po mp es et co mm e nt choisir une pompe selon cahier des charges du client 

&euxime phase -&imensionnement des moteurs électriques1

&euxime phase -"tude - "tude et choix de s+stme de démarrage des moteurs électriques1 L*objec objecti tiff de ce chap chapit itre re est de prése présent nter er quel quelqu ques es mode modess de déma démarra rrage ge d*un d*un mote moteur ur as+nchrone 2 cage d*écureuil. Le choix sera dicté par des impératifs électriques, mécaniques et économiques.

PROJET DE FIN D'ETUDE 2016 2016


Chapitre 1 : Diensi!nneent : Diensi!nneent et c"!i# des $!$es

I%

INTRODU&TION INTRODU&TION

L'énerg L'énergie ie électr électriq ique ue permi permitt le dévelo développe ppemen mentt des pompes pompes 2 princi principe pe rotati rotatif, f, turbi urbine ne et centrifuge pour alimenter les alternateurs des centrales dont les plus gros modles. Les pompes réponde répondent nt toutes toutes au m6me besoin, besoin, et placer placer un liquid liquide e d'un point point a un autre. Ce mouvement permet le déplacement du liquide entre l'orifice d'aspiration et l'orifice de refoulement. 0our placer ce liquide il faut lui communiquer de l'énergie. Les pompes vont apporter cette énergie, le moteur qui alimente les pompes transforme l'énergie thermique ou électrique en énergie éne rgie mécan mé caniqu ique e pour pou r perm permet ettr tre e le mouv mouvem emen entt des orga organe ness des pompe pompess 7 cette cette éner énergi gie e est transmise au fluide.

PROJET DE FIN D'ETUDE 2016

II%


ENERA(ITES SUR (ES PO)PES

1. Définitions

ne pompe est une machine h+draulique qui aspire et refoule un liquide l'eau, l'huile, l'essence, les liquides alimentaires etc....1 d'un point a un endroit voulu. La pompe est destinée 2 élever la charge du liquide pompe. La charge ou l'énergie est la somme de trois catégories d'énergie 9

-

"nergie cinétique :; * 2 +

-

"nergie potentielle '

-

"nergie de pression $ *$+

ou (

C'est donc un appareil qui génre une différence de pression A entre l'entre et la sortie de la machine. L'énergie requise pour faire fonctionner une pompe dépend 9

*

&es propriétés du fluide 9 la masse volumique ", la viscosité d+namique u

*

&es caractéristiques de écoulement 9 la pression , la vitesse +, le débit volume

*

&es caractéristiques de l'installation 9 la longueur des conduites -, le diamtre . et la rugosité absolue E 2. Classification des pompes

$l existe deux grands t+pes de pompes 9 -

Les turbopompes, qui agissent sur l'énergie cinétique

-

Les pompes volumétriques qui agissent sur l'énergie de pression.

, la hauteur '



$$ existe une troisimes catégorie de moins en moins utilisée 9 les pompes a capacité qui agissent sur l'énergie d'altitude. 0our les turbopompes, on utilise essentiellement les pompes centrifuges qui sont aujourd'hui les pompes les plus utilises. "lles peuvent 6tre radiales, axiales ou mixtes. =uant aux pompes volumétriques, elles peuvent 6tre 9 -

A profil conjugues 9 on + retrouve les pompes 2 engrenage, a lobes, a vis, hélico>dale, a piston relatif

-

A palettes 9 rigides ou flexibles On peut aussi retrouver des pompes volumétriques alternatives 9 les pompes 2 piston

simple ou multiple, 2 diaphragme ou membrane, 2 piston plongeur. 3. Principe de fonctionnement des pompes 3.1. Turbopompes

Les turbopompes sont actuellement parmi les plus emplo+ées des pompes. Les principales raisons de ce choix sont les suivantes 7 Ces appareils étant rotatifs et ne comportant aucune liaison articule, leur entrainement par un moteur électrique ou a combustion interne, ne présente aucune difficulté L'encombrement de la turbopompe est environ huit fois moindre que celui des pompes volumetriques, et peut 6tre encore réduit en adoptant une disposition 2 axe vertical. Ce moindre encombrement et un poids plus faible permettent de réaliser d'appréciables économies sur les b?timents abritant les installations. &e plus, les frais d'entretien d'une turbopompe sont peu élves. (uivant le t+pe de rotor et son mode d'action, on distingue dans la catégorie des turbopompes, les trois principaux t+pes suivants 9 -

Les pompes centrifuges 7

-

Les pompes hélices ou radiales 7

-

Les pompes hélico-centrifuges ou semi-a

Les pompes centrifuges sont les plus utilisées et elles couvrent @B des pompes utilisées et présentent les avantages suivants 9 -

achine de construction simple et nécessitante peu d'entretien



-

0rix d'achat modre, cout de maintenance faible

-

Eon rendement FB 2 @B1

-

Adaptées 2 toute sorte de liquide :itesse de rotation allant de FG a <toursHmin, donc facilement entraine par un moteur électrique

"lles présentent aussi certains inconvénients 9 -

$mpossible de pomper des liquides trop visqueux les roues tournent sans entraines le fluide1

-

0roduction d'une pression différentielle faible ,G 2 4bars1

-

La pompe ne s'amorce pas d'elle-m6me

Les pompes centrifuges sont constituées fondamentalement de 9 -

n distributeur

-

n rotor ou roue

-

n diffuseur

Le principe de fonctionnement repose sur la variation de vitesse de l'eau pompée. 0ratiquement, leur fonctionnement se résume en trois étapes 9 - L'aspiration 9 assurée et facilitée par le distributeur 7 la vitesse du fluide entrant augmente alors que la pression diminue. -

L'accélération 9 assurée par le rotor 7 la rotation de la roue augmente la vitesse du liquide et les forces centrifuges augmentent la pression.

-

Le refoulement 9 assurée par le diffuseur 7 la vitesse diminue et la pression augmente. L'énergie cinétique est donc convertie en énergie de pression.

N 9 les pompes centrifuges font parties des turbopompes. On retrouve également dans cette catégorie

de turbopompes, les pompes hélices et les pompes hélico-centrifuges. Les pompes centrifuges sont utilisées pour des hauteurs d'élévation relativement importantes et les pompes hélices pour les débits importants.



Fi/ure n0% 1 cou"e d’une "o"e

Fi/ure n0# 1 dé2irent roue "o"e 3.2. Pompes !olumetri"ues

"n h+draulique agricole, rurale et urbaine, ces pompes connaissent une utilisation moins fréquente que les turbopompes. &'une faIon générale, elles conviennent pour élever de faibles débits 2 de fortes pressions. On distingue deux catégories de pompes volumetriques 9 •

les pompes rotatives

•

les pompes alternatives

Les pompes rotatives comportent un rotor qui assure soit un transfert continu de liquide depuis l'aspiration jusqu'au refoulement 9 pompe a vis, pompe a engrenage, pompe a lobes 7 soit une création de volumes alternativement variables par un rotor dont la position est



excentrée 9 pompe a palettes escamotables ou flexibles, pompe a rotor excentre, etc... Les pompes alternatives sont soit 2 piston simple ou double effet1, soit 2 membrane. Ce t+pe de pompe d'usage ancien reste couramment utilise en h+draulique villageoise avec motricité éolienne, humaine ou animale. Principe de fonctionnement des pompes !olumétri"ues

Le liquide est d'abord aspire par l*accroissement d'un volume de liquide puis refoulée par diminution de ce m6me volume. L'énergie de pression est fournie directement au liquide dans ces pompes et par variation successive d'un volume raccorde alternativement 2 l*orifice d'aspiration et 2 l*orifice de refoulement.

PROJET DE FIN D'ANNEE 2016


Fi/ure n0# 1 34e"les de "o"es voluétri!ues

Farah Saber, Génie Électroécani!ue

5ai #$% ~ 8 ~



III% E(E)ENTS DE ,ASE POUR (E &A(&U( ET (E &-OI. DES PO)PES

1.

Définitions

%ous donnerons d'a bord quelques définitions utiles 2 partir du schéma d'installation d'une pompe illustrée 2 la page suivante. 2.

Débit d#une pompe $

C'est le volume de liquide recueilli au refoulement de la pompe pendant l'unité de temps. $l s'exprime en m
%auteur géométri"ue d#aspiration h a

Lorsque la pompe est située au-dessus du plan d'eau, la hauteur géométrique d'aspiration h est a

la distance verticale séparant le niveau d'eau dans le puits de l'axe de la pompe centrifuge ou volumétrique. ('il s'agit d'une pompe verticale, c'est la distance entre ce m6me niveau et le plan mo+en d'entrée dans la premire roue. &.

%auteur géométri"ue de charge h e

Lorsque la pompe reIoit l'eau d'un réservoir en charge, la hauteur géométrique de charge est la distance verticale qui sépare le niveau d'eau dans ce réservoir de l'axe de la pompe centrifuge ou volumetrique. ('il s'agit d'une pompe verticale, c'est la distance entre ce m6me niveau et le plan mo+en d'entrée dans la premire roue. '.

%auteur géométri"ue de refoulement h r

C'est la distance verticale séparant le niveau dans le réservoir de refoulement de l'axe de la pompe centrifuge ou volumetrique. ('il s'agit d'une pompe verticale, c'est la distance entre ce m6me niveau d'eau et le plan mo+en d'entrée dans la premire roue. Lorsqu'on refoule dans un réservoir ferme, il + a lieu d'ajouter la hauteur correspondante a la pression maximale dans ce réservoir.

() *ongueur dé!eloppée d#aspiration *a


5ai #$% ~ 9 ~



La longueur développée d'aspiration est la longueur totale de la conduite d'aspiration. +)*ongueur dé!eloppée de refoulement , *r -

C'est la longueur totale de la conduite de refoulement. )Pertes de charge , / -

Les hauteurs définies ci-dessus ne correspondent pas exactement aux hauteurs manométriques auxquelles la pompe doit faire face 7 il faut ajouter aux hauteurs géométriques d'aspiration et de refoulement la valeur des résistances que le liquide éprouve dans son placement et qu'il faut compenser, c'est-d-dire les pertes de charge. Ces pertes qui sont en fait de réelles pertes d'énergie, sont produites non seulement par le frottement du liquide le long des parois, mais également par les multiples obstacles que ce liquide est appelé a rencontrer 9 coudes, tes, raccords, bifurcations diverses, élargissement ou rétrécissement brusque de section, accessoires de robinetterie 9 clapets de pied, vannes, clapets de retenue, etc... L'évaluation de ces pertes de charge se fait en utilisant des abaques spéciaux. 0) %auteur manométri"ue d#aspiration ,%-

C'est la somme de la hauteur géométrique d'aspiration h  des pertes de charge / correspondantes au a

a

débit $ dans la tu+auterie ainsi que dans le clapet de pied et de la hauteur due a la vitesse du liquide dans la section de la conduite ou est branche le manomtre, soit 9 % ma

= ha + / a +  ; H 2g

Note 9 "n pratique, le terme 2g est néglige pour les petites installations. La hauteur K.

peut se lire sur un indicateur de vide place dans la tu+auterie. 1) %auteur manométri"ue de refoulement , %mr -

C'est la somme de la hauteur géométrique de refoulement hr, des pertes de charge r correspondantes au débit = dans la tu+auterie de refoulement et, éventuellement de la pression, exprimée en mtres de colonnes de liquide, régnant dans le réservoir ou refoule la pompe si ce réservoir est fertile1, et de la hauteur due a la vitesse du liquide, soit 9 % mr

=

hr

+

6r


++ ; H 8/

5ai #$% ~ 10 ~



%ote9

+ ; 8 /

;



"n pratique9 %mr peut 6tre lue sur un manomtre place sur la tu+auterie.

11) %auteur manométri"ue totale d#élé!ation , %mT -

La hauteur manométrique totale %mT d'une pompe est la différence de pression en mtres de colonnes de liquide  mc* 1 entre les orifices d'aspiration et de refoulement. Lors d'un pompage, la pompe ne doit pas seulement fournir une pression équivalente a celle correspondant a la différence des niveaux entre l'aspiration et le refoulement, hauteur géométrique totale1, mais également la pression nécessaire pour vaincre les pertes de charge

6 as" dans les conduites d'aspiration et de refoulement,

6 re2 et

(i les surfaces libres 2 l'aspiration et au refoulement sont 2 la m6me pression, par exemple la pression atmosphérique, on a 9 ' t ( en.C- )

=

Kgeom + 6 as"

+

6 re2

(i les surfaces libres 2 l'aspiration et au refoulement sont a des pressions différentes, par exemple 04 et 08 en MgHcm8, la formule devient 9

' t -en.C-1 = ' g eo + 6 as"

+

6 re2

) 4 − ) 8

+ -

×4A1

ω

ON 4 est le poids spécifique du liquide pompe, en MgHdm <. 12) %auteur ma5imale d#aspiration ,pompes centrifuges-

$l est bien connu théoriquement qu'en faisant le vide dans le tube, il est impossible de faire monter l'eau a une hauteur supérieure a la pression atmosphérique en mtres d'eau1 pour l'altitude considérée. 0our l'altitude éro, cette hauteur est de 4,<

5ai #$% ~ 11 ~



4,<< - ,48A. "n réalité, cette hauteur est notablement moins élevée car une partie de la pression disponible est nécessaire, d'une part pour vaincre les pertes de charge dans la conduite d'aspiration, et d'autre part, pour communiquer au liquide la vitesse désirable. 0ar ailleurs, la pression absolue a l'entrée de la pompe ne peut pas descendre au-dessous d'une valeur détermine, puisque la tension de vapeur correspondant a la température du liquide 2 pomper ne doit en aucune circonstance 6tre atteinte. 0our que la pompe fonctionne en toute sécurité, il faut donc que la pression absolue 2 l'ou>e d'aspiration se maintienne largement au-dessus de la tension de vapeur du liquide 0v 2 la température considérée. 0our le pompage d'eau potable dont la température n'excde généralement pas 8PC, la tension de vapeur est voisine de ,8m 7 pour des eaux plus chaudes la tension de vapeur peut atteindre plusieurs mtres 4,

5ai #$% ~ 12 ~


I/%


&"!i# d01ne $!$e a 1ne a$$2icati!n d!nné

Le choix d*une pompe peut se faire connaissant les trois principaux paramtres 9 -

Le débit = en mQHh1 La hauteur manométrique totale Kmt en m1 Le rendement global de l*installation ɳ

1) Débit !olume , $ -

Le débit volume $ est fonction de la vitesse  de l*écoulement et de diamtre d de canalisation. $l se calcul par la formule suivant 9 , = + .S

=

π .d ;

+.

D

2) Calcul des diam6tres de canalisation 2)1) calcul des diam6tres

Le débit volumique = est calculé par la formule , = + .S Ou :R vitesse et (R section 0our une conduite de diamtres D on a 9

S =

π .d ;

, = + .S

D

=

π .d ;

+.

D

7 .

D, =

+

π

&*oN,

2.1.1. Conduite d#aspiration

A l'aspiration, la vitesse vari entre 4 et 4,J mH s

.a

D., =

π .

+a

2.1.2. Conduite de refoulement


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Au refoulement la vitesse vari entre 4,G et 8,G mH s .r

D., =

3)

π .

+r

Calcul de la %8T

La hauteur manométrique totale d'une pompe est la différence de pression en mtre de colonne de liquide entre les orifices d'aspiration et de refoulement. Lors du pompage d'un liquide, la pompe ne doit pas seulement fournir une pression équivalente 2 celle correspondant a la différence des niveaux entre l'aspiration et le refoulement ce qu'on appelle hauteur géométrique totale1. ais également la pression nécessaire pour vaincre les pertes de charge dans les conduites d'aspiration et de refoulement. 0our déterminer la K!, on utilise équation généralisée de Eernoulli. Considérons l'installation de pompage ci-aprs


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5ai #$% ~ 15 ~



L'équation généralisée de Eernoulli entre les points 4 et 8 donne 9

)4 ϕ .g

+

+4 ; 8g

't =

't =

+ (4 + 't =

)8 − )4 ϕ .g

)8 − ) 4 ϕ .g

+

)8 ϕ .g

+8 ; − + 4 ; ϕ .g

+

+ 8 ; 8g

+ ( 8 + 6as" + 6ré2

+ - ( 8 − (4 1 + 6as" + 6ré2

+ - ( 8 − (4 1 +

6as" + 6ré2

)4

=

)8

=

)at

⇒

)8 − ) 4 = A

0our le cas de cette installation

d9o


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't = - ( 8 − (4 1 + 6as" + 6ré2

!out le problme réside donc dans l*évaluation des pertes de charge. D- Calcul des pertes de charge Lorsqu'on considre un fluide réel les pertes d'énergies spécifiques appelées pertes de charge dépendent de la forme, des dimensions et de la rugosité de la canalisation, de la ∆ ) =

)4 − ) 8

vitesse d'écoulement et de la viscosité du liquide. La différence de pression

entre

les points 4 et 8 d'un circuit h+draulique a pour origine 9

- Les frottements du fluide sur la paroi interne de la tu+auterie, on les appelle perte de charge linéaire ou régulire ou s+stématique.

- La résistance 2 l*écoulement provoquée par les accidents de parcours coudes, élargissement ou rétrécissement de section, organe de réglage, etcS1 est les pertes de charge singulires ou accidentelles.

Le problme du calcul de ces pertes de charge met en présence les principales grandeurs suivantes 9

- n fluide caractérise par 9 sa masse volumique et sa viscosite cinématique - n tu+au caractérise par 9 sa section forme et dimension1 en générale circulaire, sa longueur ( et sa rugosité E3 Ces éléments sont lies par des grandeurs, par la vitesse mo+enne d'écoulement ou le débit volume et le nombre de #e+nold qui joue un primordial dans le calcul des pertes de charge.


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Chapitre 2 : Etde et c"!i# de s4st5e de déarra+e des !ters éectries I)

Introduction

/r?ce 2 leur simplicité, leur robustesse et leur coTt attractif, les moteurs 2 cage sont les moteurs les plus souvent utilisés dans l*industrie. "n commutation directe, ils absorbent un courant de démarrage jusqu*2 @ fois plus important que le courant nominal et ils développent donc un couple de démarrage élevé. Les courants de démarrage élevés ont souvent comme conséquence une chute de tension désagréable et les couples de démarrage élevés nécessitent des éléments mécaniques résistant aux surcharges. C*est la raison pour laquelle les distributeurs d*électricité fixent des valeurs limites pour les courants de démarrage des moteurs, par rapport aux courants de fonctionnement nominaux. Les valeurs permises varient d*un réseau 2 l*autre, en fonction de la charge. "n ce qui concerne la mécanique, des procédés qui diminuent les couples de démarrage sont souhaitables. 0our diminuer les courants et les couples, il existe différentes commutations et méthodes de démarrage 9 U &émarrage étoile-triangle U &émarrage par autotransformateur U &émarrage avec bobines de self ou résistances U &émarrage multi-vitesses U &émarrage avec démarreur progressif électronique U &émarrage avec convertisseur de fréquence

Lors de la mise sous tension d*un moteur, l*appel de courant sur le réseau est important et la section de la ligne d*alimentation est insuffisante, provoquer une chute de tension susceptible d*affecter le fonctionnement des récepteurs. 0arfois, cette chute de tension est perceptible sur les appareils d*éclairage. 0our remédier 2 ces inconvénients. Les rglements de quelques secteurs interdisent, au-dessus d*une certaine puissance. "n fonction des caractéristiques du moteur et de la charge, plusieurs méthodes de


5ai #$% ~ 18 ~



démarrages sont utilisées. Le choix sera dicté par des impératifs électriques, mécaniques et économiques. La nature de la charge entraVnée aura également une grande incidence sur le mode de démarrage 2 retenir. L*objectif de ce chapitre est de présenter quelques modes de démarrage d*un moteur as+nchrone 2 cage d*écureuil.

1)

Démarrage direct

C*est le plus simple qui ne peut 6tre exécuté qu*avec le moteur as+nchrone 2 rotor 2 cage. Les enroulements du stator sont couplés directement sur le réseau

1.1 couplage et procédure de commutation

C'est le mode de démarrage le plus simple dans lequel le stator est directement couplé sur le réseau Wig 41. Le moteur démarre sur ses caractéristiques naturelles.


5ai #$% ~ 19 ~



Au moment de la mise sous tension, le moteur se comporte comme un transformateur dont le secondaire, constitué par la cage du rotor trs peu résistante, est en court-circuit. Le courant induit dans le rotor est important. $l en résulte une pointe de courant sur le réseau 9 $ démarrage R G 2 @ $

nominal

Le couple de démarrage est en mo+enne 9 C démarrage R .G 2 4.G C

nominal

.

algré les avantages qu'il présente simplicité de l'appareillage, couple de démarrage élevé, démarrage rapide, prix faible1, le démarrage direct ne peut convenir que dans les cas oN 9 - la puissance du moteur est faible par rapport 2 la puissance du réseau, de manire 2 limiter les perturbations dues 2 l'appel de courant, - la machine entraVnée ne nécessite pas une mise en vitesse progressive oN comporte un dispositif amortisseur qui réduit le choc du démarrage, - le couple de démarrage peut 6tre élevé sans incidence sur le fonctionnement de la machine ou de la charge entraVnée.

Fi/ure % 1 déarra/e direct 1)2 ;!antages et incon!énients

a1 Avantages - (implicité de l*appareillage.


5ai #$% ~ 20 ~



- Couple important. - !emps de démarrage court. b1 $nconvénients - Appel du courant important - &émarrage brutal.

2) Démarrage sous tension réduite

0lusieurs dispositifs permettent de réduire la tension aux bornes des enroulements du stator pendant la durée du démarrage du moteur ce qui est un mo+en de limiter l'intensité du courant de démarrage. L'inconvénient est que le couple moteur est également diminué et que cela augmente la durée avant laquelle la machine atteint le régime permanent. 2)1 Démarrage étoile)triangle

Ce procédé ne peut s*appliquer qu*aux moteurs dont toutes les extrémités d*enroulement sont sorties sur la plaque 2 bornes, et dont le couplage triangle correspond 2 la tension du réseau. Le démarrage s*effectue en 8 temps. -

4

temps 9

mise

sous

tension

et

couplage

étoile

des

enroulements.

Le moteur démarre 2 tension réduite n - 8 temps 9 (uppression du couplage étoile, et mise en couplage triangle Le moteur est alimenté sous pleine tension 2)2 couplages et procédure de commutation

Ce mode de démarrage Wig 81 ne peut 6tre utilisé qu'avec un moteur sur lequel les deux extrémités de chacun des trois enroulements statoriques sont ramenées sur la plaque 2 bornes. 0ar ailleurs, le bobinage doit 6tre réalisé de telle sorte que le couplage triangle corresponde 2 la tension du réseau 9 par exemple, pour un réseau triphasé <@ :, il faut un moteur bobiné en <@ : triangle et JJ : étoile. Le principe consiste 2 démarrer le moteur en couplant les enroulements en étoile sous la tension réseau, ce qui revient 2 diviser la tension nominale du moteur en étoile par

√ 3 dans

l'exemple ci-dessus, la tension réseau <@ : R JJ :H √ 3 1. La pointe de courant de démarrage est divisée par < 9 - $d R 4.G 2 8.J $n "n effet, un moteur <@ :HJJ : couplé en étoile sous sa tension nominale JJ :


5ai #$% ~ 21 ~


absorbent un courant

√ 3


fois plus faible qu'en couplage triangle sous <@ :. Le couplage

étoile étant effectué sous <@ :, le courant est divisé une nouvelle fois par

√ 3 donc au total

par <. Le couple de démarrage étant proportionnel au carré de la tension d'alimentation, il est lui aussi divisé par < 9 - Cd R .8 2 .G Cn La vitesse du moteur se stabilise quand les couples moteur et résistant s'équilibrent, généralement entre FG et @G B de la vitesse nominale. Les enroulements sont alors couplés en triangle et le moteur rejoint ses caractéristiques naturelles. Le passage du couplage étoile au couplage triangle est commandé par un temporisateur. La fermeture du contacteur triangle s'effectue avec un retard de < 2 G millisecondes aprs l'ouverture du contacteur étoile, ce qui évite un court-circuit entre phases, les deux contacteurs ne pouvant 6tre fermés simultanément. Le courant qui traverse les enroulements est interrompu 2 l'ouverture du contacteur étoile. $l se rétablit 2 la fermeture du contacteur triangle. Ce passage en triangle s'accompagne d'une pointe de courant transitoire trs brve mais trs importante, due 2 la force contre-électromotrice du moteur. Le démarrage étoile-triangle convient aux machines qui ont un faible couple résistant ou qui démarrent 2 vide ex 9 machine 2 bois1. 0our limiter ces phénomnes transitoires, des variantes peuvent 6tre nécessaire, au-del2 d'une certaine puissance. L*une consiste en une temporisation de 4 2 8 secondes au passage étoile-triangle. Cette temporisation permet une diminution de la force contre- électromotrice, donc de la pointe de courant transitoire. Ceci ne peut 6tre utilisé que si la machine a une inertie suffisante pour éviter un ralentissement trop important pendant la durée de la temporisation. ne autre est le démarrage en < temps 9 étoile-triangle X résistance-triangle. La coupure subsiste, mais la résistance mise en série, pendant trois secondes environ, avec les enroulements couplés en triangle, réduit la pointe de courant transitoire. ne variante est le démarrage étoile-triangle X résistance-triangle sans coupure. La résistance est mise en série avec les enroulements immédiatement avant l'ouverture du


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contacteur étoile. Ceci évite toute interruption de courant, donc l'apparition de phénomnes transitoires. L'utilisation de ces variantes se traduit par la mise en Yuvre de matériel supplémentaire, ce qui peut avoir pour conséquence une augmentation non négligeable du coTt de l'installation.

Fi/ure # 1 déarra/e étoile*trian/le 2)3 ;!antages et incon!énients

a1 Avantages - Appel de courant en étoile réduit au tiers de sa valeur en direct. - Waible complication d*appareillage. b1 $nconvénients -

Couple réduit au tiers de sa valeur en direct.

-

Coupure entre les positions étoile et triangle d*ou apparition de phénomnes transitoires.

3) Démarrage par autotransformateur

Au

moment

de

démarrage,

la

tension

est

réduite

au

mo+en

d*un

autotransformateur. 4- !emps Autotransformateur en ) le moteur est alimenté 2 tension réduite 8- !emps Ouverture du point ), seul la self de la partie supérieure de l*enroulement limite le courant <- !emps Alimentation du moteur sous pleine tension


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3)1 procédures de couplage

Le moteur est alimenté sous tension réduite par l'intermédiaire d'un autotransformateur qui est mis hors circuit quand le démarrage est terminé. Le démarrage s'effectue en trois temps 9 - au premier temps, l'autotransformateur est d'abord couplé en étoile, puis le moteur est couplé au réseau 2 travers une partie des enroulements de l'autotransformateur. Le démarrage s'effectue sous une tension réduite qui est fonction du rapport de transformation. L'autotransformateur est généralement muni de prises permettant de choisir le rapport de transformation, donc la valeur de la tension réduite la mieux adaptée, - avant de passer au couplage plein tension, l'entoilage est ouvert. La fraction de bobinage raccordée au réseau constitue alors une inductance en série avec le moteur. Cette opération est effectuée lorsque la vitesse d'équilibre est atteinte 2 la fin du premier temps, - le couplage plein tension intervient aprs le deuxime temps généralement trs court de l*ordre d*une fraction de seconde1. La portion de bobinage de l'autotransformateur en série avec le moteur est court-circuitée, puis l'autotransformateur est mis hors circuit. Le courant et le couple de démarrage varient dans les m6mes proportions. $ls sont divisés par  réseauH réduite1. Les valeurs obtenues sont les suivantes 9 $d R 4.F 2 D $n Cd R .G 2 .@G Cn Le démarrage s'effectue sans qu'il + ait interruption du courant dans le moteur. &e ce fait, les phénomnes transitoires liés 2 une telle interruption n'existent pas. "n revanche, si certaines précautions ne sont pas prises des phénomnes transitoires de m6me nature peuvent apparaVtre lors du couplage sous pleine tension. "n effet, la valeur de l'inductance en série avec le moteur, aprs ouverture de l'entoilage, est grande par rapport 2 celle du moteur. $l s'ensuit une chute de tension importante qui entraVne une pointe de courant transitoire élevée au moment du couplage sous pleine tension. 0our éviter cet inconvénient, le circuit magnétique de l'autotransformateur comporte un entrefer dont la présence conduit 2 une diminution de la valeur de l'inductance. Cette valeur est calculée de telle faIon qu'au moment de l'ouverture de l'entoilage au deuxime temps, il n'+ ait pas de variation de tension aux bornes du moteur.


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La présence de l'entrefer a pour conséquence une augmentation du courant magnétisant de l'autotransformateur. Ce courant magnétisant augmente l'appel de courant dans le réseau lors de la mise sous tension de l'autotransformateur. Ce mode de démarrage est généralement utilisé en E! pour des moteurs de puissance supérieure 2 4G M. ais il conduit 2 des équipements relativement coTteux en raison du prix élevé de l'autotransformateur.

Fi/ure 7 1 déarra/e "ar autotrans2orateur 3)2 ;!antages et incon!énients

a1 Avantages - 0ossibilité de choisir le couple de décollage. - #éduction de l*appel du courant. - &émarrage en < temps sans coupure. b1 $nconvénient -0rix d*achat élevé de l*équipement.

&) Démarrage par des résistances statori"ues.

Le principe consiste 2 démarrer le moteur sous tension réduite en insérant des résistances en série avec les enroulements. Lorsque la vitesse se stabilise, les résistances sont éliminées et le moteur est couplé directement sur le réseau. Cette opération est généralement commandée par un temporisateur. &)1 Couplage et procédure de commutation


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&ans ce mode de démarrage, le couplage des enroulements du moteur n'est pas modifié. $l n'est donc pas nécessaire que les deux extrémités de chaque enroulement soient sorties sur la plaque 2 bornes. La valeur de la résistance est calculée en fonction de la pointe de courant au démarrage 2 ne pas dépasser, ou de la valeur minimale du couple de démarrage nécessaire compte tenu du couple résistant de la machine entraVnée. "n général, les valeurs de courant et de couple de démarrage sont 9 - $d R D.G $n - Cd R .FG Cn 0endant la phase d'accélération avec les résistances, la tension appliquée aux bornes du moteur n'est pas constante. Cette tension est égale 2 la tension du réseau diminuée de la chute de tension dans la résistance de démarrage. La chute de tension est proportionnelle au courant absorbé par le moteur. Comme le courant diminue au fur et 2 mesure de l'accélération du moteur, il en est de m6me pour la chute de tension dans la résistance. La tension appliquée aux bornes du moteur est donc minimale au moment du démarrage, et elle augmente progressivement. Le couple étant proportionnel au carré de la tension aux bornes du moteur, il augmente plus rapidement que dans le démarrage étoile-triangle oN la tension reste fixe pendant tout le temps du couplage étoile. Ce mode de démarrage convient donc bien aux machines a+ant un couple résistant croissant avec la vitesse, comme par exemple les ventilateurs ou les pompes centrifuges. $l présente l'inconvénient d'une pointe de courant relativement importante au démarrage. Cette pointe pourrait 6tre réduite en augmentant la valeur de la résistance, mais cela entraVnerait une chute de tension supplémentaire aux bornes du moteur, et par conséquent une diminution importante du couple de démarrage. "n revanche, l'élimination de la résistance en fin de démarrage se fait sans qu'il + ait interruption de l'alimentation du moteur, donc sans phénomne transitoire.


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Fi/ure 8 1 .éarra/e "ar des résistances statori!ues &)2 ;!antages et incon!énients

a1 Avantages - La tension d*alimentation est trs fortement réduite au moment de démarrage, car l*appel du courant reste important. - Couple moteur croissant pendant le démarrage et démarrage plus progressif.

b1 $nconvénients - Appel du courant plus important qu*en étoile-triangle D 2 G fois $n. - Le couple de démarrage est diminué par rapport au démarrage direct ,FG Cn.

 Cette étude a montré que le choix et dimensionnement d*une groupe électropompe procde d*une estimation des besoins en eau. Ainsi que le t+pe de démarrage de moteur, que le choix sera dicté par des impératifs électriques, mécaniques et économiques.


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Ce projet 0rojet fin d*année1 a été une occasion pour enrichir mes connaissances théoriques et pratiques sur tout ce qui est développement sur les groupes électropompes Cette expérience présente un nouveau contact avec la vie professionnelle avec tout ce que cela peut engendrer de difficultés et surtout nos aptitudes 2 les surmonter

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https9HHfr.ZiMipedia.orgHZiMiH0ompe https9HHfr.ZiMipedia.orgHZiMiH0ompe[Corps\de\pompe\ou\diffuseur http9HHZZZ.technologuepro.comHcours-genie-mecaniqueH


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Rapport station de pompage

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