CD_FE_III_003_V20_FR.pdf - Siemens
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Technique de contrôle industriel<br />
Technique de contrôle SIRIUS<br />
Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
Exemple de fonctionnement n° <strong>CD</strong>-<strong>FE</strong>-<strong>III</strong>-<strong>003</strong>-<strong>V20</strong>-<strong>FR</strong>
Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
Remarque préliminaire<br />
Les exemples de fonctionnement Sirius sont des configurations d’automatisation<br />
opérationnelles et testées, élaborées sur la base de produits <strong>Siemens</strong> A&D standard. Ils<br />
permettent de réaliser de manière simple, rapide et bon marché des applications de contrôle<br />
sur les appareils basse tension. A ce titre, chacun des exemples de fonctionnement SIRIUS<br />
mentionnés couvre une tâche répétitive d’un ensemble général de questions, posées par le<br />
client, et relatives aux appareils basse tension.<br />
1 Introduction ......................................................................................................3<br />
2 Apparition de surtensions...............................................................................4<br />
3 Types d’organe de protection .........................................................................5<br />
3.1 Raccordement d’organes de circuit RC ...................................................................................................5<br />
3.2 Raccordement de diodes ..........................................................................................................................6<br />
3.2.1 Raccordement d’une diode de roue libre .....................................................................................................6<br />
3.2.2 Raccordement d’un groupe de diodes (diode/diode Zener) .........................................................................7<br />
3.3 Raccordement de varistances ..................................................................................................................8<br />
3.4 Sommaire des types d’organe de protection...........................................................................................9<br />
4 Atténuation des surtensions – la solution <strong>Siemens</strong> .....................................9<br />
4.1 Limiteur de surtension pour contacteurs type S00 et S0 .....................................................................10<br />
4.2 Limiteur de surtension pour contacteurs type S2 à S12 ......................................................................11<br />
5 Votre contact ..................................................................................................12<br />
6 Garantie, responsabilité et assistance .........................................................12<br />
7 Index................................................................................................................12<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
1 Introduction<br />
La cause principale d’apparition de surtensions réside dans les processus de<br />
commutation des circuits inductifs tels que les bobines de contacteur.<br />
Ces surtensions, des pics de courant jusqu’à 4 kV, peuvent atteindre très vite des<br />
valeurs élevées dont les conséquences sont les suivantes :<br />
• usure importante prématurée des contacts commandant la bobine ;<br />
• émission de signaux parasites provoquant éventuellement des erreurs de signal<br />
dans les commandes électroniques et la destruction de modules électroniques.<br />
Communément, on atténue donc les surtensions de commutation des bobines de<br />
contacteur en raccordant des organes de protection.<br />
L’objet de cet exposé est de présenter à l’utilisateur une sélection de différents<br />
organes de protection et un guide pour leur dimensionnement, et de lui indiquer leurs<br />
avantages et inconvénients.<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
2 Apparition de surtensions<br />
La mise hors tension de la bobine d’un contacteur provoque des surtensions. En effet,<br />
l’inductance de la bobine cause un maintien du flux électrique au moment de la coupure et une<br />
fermeture du circuit de courant du fait de la capacité propre de la bobine. Si la résistance à la<br />
tension du circuit de courant était suffisante, le courant et la tension auraient la même courbe<br />
qu’une vibration atténuée.<br />
Compte tenu de la résistance de résonance importante de la bobine privée de courant, les<br />
amplitudes vibratoires peuvent atteindre plusieurs kV et les surélévations de tension sont de<br />
l’ordre de 1kV/μs.<br />
Ubobine<br />
[V]<br />
3000<br />
1000<br />
0<br />
50 100<br />
t [μs]<br />
Fig. 1 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire non équipée d’un<br />
organe de protection 230 V, 50 Hz, 10 VA<br />
La fig. 1 montre l’oscillogramme du processus de désenclenchement d’une bobine de<br />
contacteur auxiliaire provoquant une « décharge type averse ». A l’issue d’une décharge<br />
type averse d’une durée de 250 μs environ, il se forme une vibration atténuée d’une valeur<br />
de crête de 3,5 kV. Les décharges type averse provoquent, elles aussi, une usure importante<br />
du contact de commutation mécanique.<br />
En outre, compte tenu de la pente importante des courbes de tension qui se forment, des<br />
signaux parasites considérables peuvent être émis de manière capacitive dans les systèmes<br />
voisins.<br />
Ces signaux rendent nécessaire le raccordement d’organes de protection à l’endroit où ils<br />
apparaissent, c.-à-d. sur la bobine du contacteur. Ces organes empêchent la formation de<br />
surtensions à l’endroit même de leur apparition et protègent les éléments électroniques<br />
sensibles à la tension. Ils préviennent en outre l’apparition de signaux parasites dans les<br />
circuits de commande des commutations électroniques.<br />
D’une manière générale, l’atténuation des surtensions suppose l’utilisation des organes de<br />
protection suivants, connectés en parallèle à la bobine du contacteur :<br />
• circuit RC (résistance et condensateur en série)<br />
• diode de roue libre, groupe de diodes<br />
• varistances<br />
Technique de contrôle SIRIUS page 4/12 <strong>CD</strong>-<strong>FE</strong>-<strong>III</strong>-<strong>003</strong>-<strong>V20</strong>-<strong>FR</strong>
Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
3 Types d’organe de protection<br />
3.1 Raccordement d’organes de circuit RC<br />
Les organes de circuit RC sont essentiellement raccordés aux contacteurs à alimentation en<br />
courant alternatif. Ils peuvent également être raccordés aux contacteurs à alimentation en<br />
courant continu.<br />
R<br />
C<br />
Fig. 2 : Schéma de principe d’un circuit RC<br />
L’augmentation de la capacité effective de la bobine réduit à la fois l’amplitude au double ou<br />
au triple de la tension de commande et la pente de la surtension de commutation, de telle<br />
sorte que les décharges type averse n’apparaissent plus. La tension monte à 400 V en<br />
oscillant avant de disparaître lentement. Le raccordement d’un circuit RC protège<br />
particulièrement les niveaux de sortie sensibles à du/dt de toute connexion involontaire.<br />
Des organes de circuit RC bien choisis n’ont qu’une incidence minimale sur les temps de<br />
commutation des contacteurs et la temporisation du temps de déconnexion est inférieure à 1<br />
ms. Une atténuation optimale nécessite néanmoins une adaptation à la tension de<br />
commande et à la fréquence assignées correspondantes. Les organes du circuit RC doivent<br />
donc être choisis dans le catalogue.<br />
La fig. 3 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la<br />
fig. 1 et équipée d’un organe de circuit RC approprié.<br />
Ubobine<br />
200<br />
0<br />
0<br />
5<br />
t [ms]<br />
Fig. 3 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 230 V, 50 Hz,<br />
10 VA à laquelle est raccordé un circuit RC 110 Ω, 0,22 μF<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
3.2 Raccordement de diodes<br />
Le raccordement de diodes permet uniquement d’éviter les surtensions de désenclenchement<br />
dans le cas de contacteurs à alimentation en courant continu. Lors du<br />
raccordement, respecter les polarités.<br />
3.2.1 Raccordement d’une diode de roue libre<br />
Le raccordement d’une diode permet d’empêcher toute surtension de commutation, la<br />
tension étant limitée à 0,7 V.<br />
Cependant, les diodes provoquent un rallongement de la durée de retard à la coupure, le<br />
temps de déconnexion étant 6 à 9 fois moins important. Cette propriété peut être utilisée à<br />
bon escient, par ex. pour compenser les coupures de tension de courte durée (de l’ordre de<br />
quelques millisecondes). Lorsque des contacteurs de type 0/S0 ou suivants, d’une puissance<br />
de plus de 5,5 kW, sont utilisés, des diodes de roue libre peuvent provoquer un désenclenchement<br />
du circuit magnétique en deux étapes pouvant causer au pire un collage des<br />
contacts. C’est la raison pour laquelle l’utilisation de diodes de roue libre n’est plus<br />
recommandée.<br />
D<br />
Fig. 4 : Schéma de principe d’une diode de roue libre<br />
La fig. 5 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la<br />
fig. 1 et équipée d’une diode de roue libre appropriée.<br />
Ubobine<br />
20<br />
0<br />
= 0,7 V ^ =<br />
Ubobine<br />
de la diode<br />
0 200<br />
t [μs]<br />
Fig. 5 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 24 V DC, 3 W<br />
à laquelle est raccordée une diode de roue libre<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
3.2.2 Raccordement d’un groupe de diodes (diode/diode Zener)<br />
Le raccordement de la bobine de contacteur à un groupe de diodes constitué d’une diode et<br />
d’une diode Zener permet lui aussi d’empêcher toute surtension de commutation, la tension<br />
étant limitée à 10 V.<br />
Cependant, l’utilisation d’un groupe de diodes provoque un prolongement de la durée de<br />
retard à la coupure, le temps de déconnexion étant 2 à 6 fois moins important.<br />
D<br />
ZD<br />
Fig. 6 : Schéma de principe d’un groupe de diodes<br />
La fig. 7 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la<br />
fig. 1 et équipée d’un groupe de diodes approprié.<br />
Ubobine<br />
20<br />
0<br />
= 10 V = Ubobine<br />
^<br />
sur tension diode Zener<br />
0 20<br />
t [ms]<br />
Fig. 7 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 24 V DC, 3 W<br />
à laquelle est raccordé un groupe de diodes<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
3.3 Raccordement de varistances<br />
Les varistances, résistances non linéaires, devenant conductrices à partir d’une certaine<br />
tension de seuil, limitent la hauteur maximale de la surtension lorsqu’elles sont raccordées<br />
en parallèle à la bobine. Comme dans le cas de bobines non équipées d’un organe de<br />
protection, des décharges type averse apparaissent mais leur durée totale est moindre.<br />
Contrairement aux organes de circuit RC, elles ne diminuent pas la pente de la surélévation<br />
de tension.<br />
Elles peuvent être utilisées pour les contacteurs à alimentation en courant alternatif ou<br />
continu. Leur influence sur les temps de commutation est minimale.<br />
VDR<br />
Fig. 8 : Schéma de principe d’une varistance<br />
La fig. 9 montre la courbe de tension de la bobine de contacteur auxiliaire mentionnée à la<br />
fig. 1 et équipée d’une varistance appropriée.<br />
Ubobine<br />
200<br />
0<br />
0 20<br />
t [μs]<br />
Fig. 9 : Surtension de manœuvre d’une bobine de contacteur auxiliaire 230 V,<br />
50 Hz, 10 VA à laquelle est raccordée une varistance 275 V<br />
(commencement : la tension tombe à zéro après 3 ms env.)<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
3.4 Sommaire des types d’organe de protection<br />
Protection<br />
de la charge Tension<br />
aliment.<br />
cde<br />
Temporisat<br />
ion suppl.<br />
de chute<br />
Limitation<br />
définie de la<br />
tension<br />
inductive<br />
Avantages / inconvénients Priorité<br />
d’application<br />
Diode DC grande oui (UD) Avantages : • facile à réaliser<br />
• fiable<br />
• facile à dimensionner<br />
• à faible tension inductive<br />
Groupe de<br />
diodes<br />
Inconvénients :<br />
• temporisation de chute élevée<br />
• uniquement types 00 / S00<br />
DC moyenne oui (UZD) Avantages :• facile à dimensionner<br />
Varistance AC / DC petite<br />
2 à 5 ms<br />
Organe de<br />
circuit RC<br />
AC / DC très petite<br />
1 ms<br />
Inconvénients :<br />
• atténuation uniquement audessus<br />
de UZD (10 V)<br />
oui (UVDR) Avantages : • absorption d’énergie<br />
• facile à dimensionner<br />
• facile à réaliser<br />
Inconvénients :<br />
• atténuation uniquement audessus<br />
de UVDR<br />
non Avantages : • atténuation HF obtenue par<br />
stockage d’énergie<br />
• bien adapté pour courant CA<br />
• atténuation indépendante du<br />
niveau<br />
Inconvénients :<br />
• courant d’appel important<br />
• sensible aux harmoniques<br />
4 Atténuation des surtensions – la solution <strong>Siemens</strong><br />
Instructions de<br />
commande /<br />
tension<br />
d’alimentation de<br />
commande<br />
instables<br />
Composants CEM<br />
à proximité<br />
adaptée à la<br />
plupart des<br />
applications, par<br />
ex. à proximité<br />
d’organes<br />
SIMATIC<br />
Temps de<br />
commutation<br />
critiques<br />
Pour les contacteurs type 3RT1, les limiteurs de surtension suivants sont disponibles :<br />
Limiteur de surtension avec LED sans LED<br />
pour S00 pour S00 pour S0 pour S2, S3 pour S6 à S12<br />
Diode d’antiparasitage X X -- -- --<br />
Groupe de diodes -- X X X --<br />
Varistance X X X X intégrée<br />
Organe de circuit RC -- X X X X<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
4.1 Limiteur de surtension pour contacteurs type S00 et S0<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
4.2 Limiteur de surtension pour contacteurs type S2 à S12<br />
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Atténuation des surtensions aux contacteurs<br />
5 Votre contact<br />
Assistance technique : Technique de contrôle des appareils basse tension<br />
Contact personnel du lundi au vendredi de 8.00 à 17.00 (CET)<br />
téléphone : +49 (911)-895-5900<br />
courriel : technical-assistance@siemens.com<br />
Internet : http://www.siemens.de/lowvoltage<br />
par fax 24 H / 24<br />
téléfax : +49 (911)-895-5907<br />
6 Garantie, responsabilité et assistance<br />
7 Index<br />
Nous n’assumons aucune responsabilité pour les informations contenues dans le présent document.<br />
Notre responsabilité, quel qu’en soit le fondement juridique, pour d’éventuels dommages dus à<br />
l’utilisation d’exemples, de remarques, de programmes, de données de conception et de performance,<br />
etc. mentionnés dans cet exemple de fonctionnement Sirius, est exclue, à moins qu’elle ne s’applique<br />
de manière impérative, selon la loi relative à la responsabilité du fabricant, en cas de volonté délibérée,<br />
de négligence grossière, de mise en danger de la vie, de l’intégrité physique ou de la santé des<br />
personnes, de prise en charge de la garantie relative à la qualité d’un bien, de la dissimulation<br />
insidieuse d’un défaut ou d’une violation d’obligations essentielles du contrat. Les indemnités<br />
imputables en cas de violation d’obligations essentielles du contrat sont néanmoins limitées aux<br />
dommages prévisibles et caractéristiques du contrat, à condition qu’on ait affaire ni à de la<br />
préméditation, ni à une négligence grossière, ni à une responsabilité impérative du fait de la mise en<br />
danger de la vie, de l’intégrité physique et de la santé des personnes. Ceci ne va pas de pair avec un<br />
renversement de la charge de la preuve à vos dépens.<br />
[1] Manuel <strong>Siemens</strong> « Circuits basse tension de commutation, de protection et de<br />
distribution »<br />
Copyright© 2006 <strong>Siemens</strong> A&D.<br />
La transmission ou la reproduction de l’intégralité ou d’une partie de ces exemples de<br />
fonctionnement Safety est interdite, à moins d’une autorisation expresse de <strong>Siemens</strong> A&D.<br />
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