31 - circuits de puissance électriques

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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES XV LAPPREILLAGE DE COMMANDE :La fonction commande permet lutilisateur dintervenir de faon manuelle ou automatique pour la mise en ou hors tension dun circuit ou dun appareil. Linterrupteur et le contacteur sont les appareils de base qui ralisent cette fonction.

151 Caractrisation de la commande : Un appareil de commande est un appareil mcanique de connexion, capable dtablir, de supporter et dinterrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharges en service.Il existe 2 types de commande : La commande manuelle ralise par linterrupteur La commande automatique ralise par le contacteur

La commande dun circuit peut se faire en TOR, cest le cas des interrupteurs ou des contacteurs. Elle peut se faire aussi de faon progressive en utilisant des variateurs qui agissent en modulant lnergie.Lappareil de commande est reli en amont au rseau et contrle en aval un rcepteur. Il doit donc tenir compte de ces paramtres. 272 Distribution des alimentations : Le schma ci-dessous reprsente la structure la plus gnrale quil soit dune distribution des alimentations. La ligne gnrale est dote dun sectionneur porte-fusibles condamnable par clef ou cadenas afin de rpondre lobligation de consignation de lalimentation en cas dintervention sur le circuit lectrique. Chaque circuit aval, commande ou puissance, est spar fonctionnellement et dot dune protection lectrique contre les surcharges et les courts-circuits.

Les circuits de puissance lectriques - 1

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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESA li m e n ta t io n d u c ir c u it d e com m and e A lim e n ta t io n d u c ir c u it d e p u is s a n c e

L3A RRET G ENERAL

L2 L1S e c tio n n e u r p o r te fu s ib le s

F u s ib le s

400V

T r a n s fo r m a te u r

24V

SEPARATION FONCTIONNELLE DES ALIMENTATIONS ET PROTECTIONS DE LIGNES

D is jo n c te u r m a g n to th e r m iq u e

I> I>

I> I> I>

D is jo n c te u r m a g n to th e r m iq u e

V e r s c ir c u i t d e com m ande

V e r s c ir c u it d e p u is s a n c e

Alimentation du circuit de commande : Lorsque lquipement comprend un sectionneur, le circuit de commande peut tre aliment partir dun ou deux contacts de prcoupure. Ces derniers coupent lalimentation de tout le circuit de commande avant louverture des contacts principaux du circuit de puissance. Ainsi, toute manuvre accidentelle du sectionneur ne peut se traduire par une coupure en charge, non accepte per ce type dappareil. Le circuit de commande peut tre aliment : Directement : entre 2 phases (avec une coupure et une protection sur chaque phase) ou entre phase et neutre (avec une coupure et une protection sur la phase). Ces 2 solutions sont proscrire car le circuit de commande est destin lutilisateur ; et celui-ci, dans ce cas, pourrait tre soumis des tensions de 400V ou 240V, tensions videmment dangereuses pour lhomme. Par un transformateur de scurit : la tension est ici de 48 ou 24 volts. La mise la terre dun enroulement dun transformateur (commun des bobines) est obligatoire. Ligne dalimentation du primaire : Le transformateur ne peut lui seul gnrer des surcharges. Sa ligne dalimentation ne ncessite donc quune protection contre les courts circuits.


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESPar ailleurs, la mise sous tension du transformateur, il se produit un appel de courant trs important (de lordre de 25 In) pendant environ 10 ms. La protection de la ligne doit donc tenir compte de ces 2 facteurs. LEGRAND propose les 3 possibilits suivantes : Cartouches fusibles de type aM Disjoncteur type D (magntique rgl 15In environ) Disjoncteur type C (magntique rgl 6In environ) Ligne dutilisation du secondaire : Cette ligne doit tre protge contre les surcharges et les courts circuits Pour les surcharges, vrifier que le calibre de la protection est infrieur ou gal au courant secondaire du transformateur Pour les courts circuits, vrifier quau point le plus loign de la ligne, il assurera le dclenchement de la protection en moins de 5 secondes LEGRAND propose : Cartouches fusibles type gG Disjoncteurs type C (rgls 6In)400V aM 24V gG

230V aM

24V gG

aM

B a re tte d e n e u tr e

B a r e tte d e n e u tre

Alimentation entre phases

Alimentation entre phase et neutre


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES Schmas de puissance et de commande dun dmarrage direct, un seul sens de marche : Il existe 2 types de commande : La commande manuelle directe : lutilisateur agit directement sur le contacteur, en gnral par une commande par levier, au niveau de la puissance. Cette solution est proscrire car elle peut soumettre loprateur des risques dus une tension leve (400V). La commande semi-automatique partir de lordre dun utilisateur ou la commande automatique partir d'un ordre dlivr par un API. Ces 2 commandes permettent une commande distance.

Dmarrage direct 1 sens avec sectionneur porte fusibles/contacteur/relais thermique :

CIRCUIT DE PUISSANCE

CIRCUIT DE COMMANDE

Circuit de puissance : L1, L2, L3 : rseau triphas

Circuit de commande : Q1 : contacts de prcoupure du sectionneur :


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES Q1 : sectionneur tripolaire porte fusibles quip avec 1 ou 2 contacts de prcoupure, pour lalimentation du circuit de commande KM1 : contacteur tripolaire F1 : relais thermique M1 3 : Moteur asynchrone triphas cage Equation de KM1 : sectionnement de la commande F2 : fusible : protection de la commande contre les courts circuits F1 : contact ouverture issu du relais thermique : protection contre les surcharges S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche km1 (13-14) : contact dauto-maintien ou dautoalimentation km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1

KM1 = Q1...(S2 + KM1)Fonctionnement : Une impulsion sur S2, Marche , alimente la bobine du contacteur KM1. Cette bobine reste alimente mme aprs le relchement de S2 par le contact KM1 (13-14) dit contact dauto-maintien ou dauto-alimentation. La commande Marche est mmorise et le moteur, aliment par KM1 tourne. Une impulsion sur S1, Arrt , coupe lauto-alimentation de la bobine du contacteur KM1 qui souvre. Le moteur sarrte de tourner et reste larrt. La commande Arrt est mmorise. Une action simultane sur S1 et S2 se traduit par la non-alimentation de la bobine KM1. Le contacteur, avec son cblage, est une mmoire arrt prioritaire. Anomalies : Quand le moteur tourne, en cas de court circuit, les fusibles du circuit de commande et du circuit de puissance fondent. Le moteur sarrte immdiatement. Quand le moteur tourne, en cas de surcharge, le relais thermique la dtecte et ouvre le contact associ F1(95-96). La bobine de KM1 ne se trouve plus alimente, le contacteur souvre et le moteur sarrte et reste larrt. Il faut un rarmement volontaire sur le relais thermique pour nouveau fermer le contact F1 et ainsi pouvoir redmarrer le moteur. Dmarrage direct 1 sens avec sectionneur disjoncteur magntique/contacteur/relais thermique :


CIRCUIT DE COMMANDE

Circuit de puissance : L1, L2, L3 : rseau triphas Q1 : disjoncteur magntique tripolaire quip avec 1 ou 2 contacts de prcoupure, pour

Circuit de commande : Q1 : contacts de prcoupure sectionneur : sectionnement de commande

du la


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESlalimentation du circuit de commande KM1 : contacteur tripolaire F1 : relais thermique M1 3 : Moteur asynchrone triphas cage Equation de KM1 : F1 : contact ouverture issu du relais thermique : protection contre les surcharges S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche km1 (13-14) : contact dauto-maintien ou dauto-alimentation km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1

KM1 = Q1...(S2 + KM1)Fonctionnement : Une impulsion sur S2, Marche , alimente la bobine du contacteur KM1. Cette bobine reste alimente mme aprs le relchement de S2 par le contact KM1 (13-14) dit contact dauto-maintien ou dauto-alimentation. La commande Marche est mmorise et le moteur, aliment par KM1 tourne. Une impulsion sur S1, Arrt , coupe lauto-alimentation de la bobine du contacteur KM1 qui souvre. Le moteur sarrte de tourner et reste larrt. La commande Arrt est mmorise. Une action simultane sur S1 et S2 se traduit par la non-alimentation de la bobine KM1. Le contacteur, avec son cblage, est une mmoire arrt prioritaire. Anomalies : Quand le moteur tourne, en cas de court circuit, le disjoncteur dtecte lanomalie. Il souvre alors immdiatement, provoquant larrt du moteur. Quand le moteur tourne, en cas de surcharge, le relais thermique la dtecte et ouvre le contact associ F1(95-96). La bobine de KM1 ne se trouve plus alimente, le contacteur souvre et le moteur sarrte et reste larrt. Il faut un rarmement volontaire sur le relais thermique pour nouveau fermer le contact F1 et ainsi pouvoir redmarrer le moteur. Dmarrage direct 1 sens avec sectionneur disjoncteur magnto-thermique/contacteur :


CIRCUIT DE COMMANDE

Circuit de puissance : L1, L2, L3 : rseau triphas Q1 : disjoncteur magnto-thermique tripolaire quip avec 1 ou 2 contacts de prcoupure, pour lalimentation du circuit de commande

Circuit de commande : Q1 : contacts de prcoupure sectionneur : sectionnement de commande S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche

du la


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES KM1 : contacteur tripolaire M1 3 : Moteur asynchrone triphas cage Equation de KM1 : km1 (13-14) : contact dauto-maintien ou dauto-alimentation km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1

KM1 = Q1..(S2 + KM1)Fonctionnement : Une impulsion sur S2, Marche , alimente la bobine du contacteur KM1. Cette bobine reste alimente mme aprs le relchement de S2 par le contact KM1 (13-14) dit contact dauto-maintien ou dauto-alimentation. La commande Marche est mmorise et le moteur, aliment par KM1 tourne. Une impulsion sur S1, Arrt , coupe lauto-alimentation de la bobine du contacteur KM1 qui souvre. Le moteur sarrte de tourner et reste larrt. La commande Arrt est mmorise. Une action simultane sur S1 et S2 se traduit par la non-alimentation de la bobine KM1. Le contacteur, avec son cblage, est une mmoire arrt prioritaire. Anomalies : Quand le moteur tourne, en cas de court circuit ou de surcharge, le disjoncteur dtecte lanomalie. Il souvre alors immdiatement, provoquant larrt du moteur. Dmarrage direct 1 sens avec sectionneur/contacteur/disjoncteur (Intgral) :

CIRCUIT DE PUISSANCE ET CIRCUIT DE COMMANDE

S1

S2 A1 Q 1 KM 1 A2

km 1

Q 1

I

I

I

I> I> I>W U V

1 3 Circuit de puissance : L1, L2, L3 : rseau triphas Q1 : sectionneur/contacteur/disjoncteur M1 3 : Moteur asynchrone triphas cage Circuit de commande : Q1 : contacts du sectionneur / contacteur / disjoncteur : sectionnement de la commande S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES Equation de KM1 : km1 (13-14) : contact dauto-maintien ou dauto-alimentation km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1

KM1 = Q1..(S2 + KM1)Fonctionnement : Une impulsion sur S2, Marche , alimente la bobine du contacteur KM1. Cette bobine reste alimente mme aprs le relchement de S2 par le contact KM1 (13-14) dit contact dauto-maintien ou dauto-alimentation. La commande Marche est mmorise et le moteur, aliment par KM1 tourne. Une impulsion sur S1, Arrt , coupe lauto-alimentation de la bobine du contacteur KM1 qui souvre. Le moteur sarrte de tourner et reste larrt. La commande Arrt est mmorise. Une action simultane sur S1 et S2 se traduit par la non-alimentation de la bobine KM1. Le contacteur, avec son cblage, est une mmoire arrt prioritaire. Anomalies : Quand le moteur tourne, en cas de court circuit ou de surcharge, le disjoncteur dtecte lanomalie. Il souvre alors immdiatement, provoquant larrt du moteur. Autres reprsentations des circuits de puissance prcdents : Disjoncteur magntique + contacteur + relais thermique Disjoncteur magnto-thermique + contacteur

I> I> I>

I> I> I>

W

U

V

3

3

Circuits de signalisation : La signalisation peut tre lumineuse ou sonore et elle concerne un tat de lquipement : mise sous tension, marche, arrt, dfaut, etc. Dans le cas dune signalisation de dfaut, le dtecteur de dfaut ferme un contact qui alimente un avertisseur sonore. Ce dernier reste aliment tant quun bouton poussoir Acquittement na pas t actionn par la personne charg de la surveillance de la machine.

Signalisation lumineuse de mise sous

Signalisation lumineuse de marche Les circuits de puissance lectriques - 8

W

U

V

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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUEStension

Signalisation lumineuse darrt

Signalisation sonore de dfaut avec acquittement

274 Dmarrage direct 2 sens de marche : Linversion du sens de rotation est obtenue par linversion de 2 phases. Circuit de puissance Circuit de commande


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES

L1, L2, L3 : rseau triphas Q1 : sectionneur tripolaire porte fusibles quip avec 1 ou 2 contacts de prcoupure, pour lalimentation du circuit de commande KM1 : contacteur tripolaire sens 1 KM2 : contacteur tripolaire sens 2 F1 : relais thermique M1 3 : Moteur asynchrone triphas cage

Q1 : contacts de prcoupure du sectionneur : sectionnement de la commande F2 : fusible : protection de la commande contre les courts circuits F1 : contact ouverture issu du relais thermique : protection contre les surcharges S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche sens 1 S3 : bouton poussoir NO de marche sens 2 km1 (13-14) : contact dauto-maintien ou dautoalimentation de KM1 km1 (21-22) : contact NF de verrouillage lectrique km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1 km2 (13-14) : contact dauto-maintien ou dautoalimentation de KM2 km2 (21-22) : contact NF de verrouillage lectrique km2 (A1-A2) : bobine du contacteur KM2

Equation de KM1 :

KM1 = Q1... .(S2 + KM1)Equation de KM2 :

KM2 = Q1... .(S3 + KM2)Fonctionnement : Une impulsion sur S2, Marche , alimente la bobine du contacteur KM1. Cette bobine reste alimente mme aprs le relchement de S2 par le contact KM1 (13-14) dit contact dauto-maintien ou dauto-alimentation. La commande Marche est mmorise et le moteur, aliment par KM1 tourne. Une impulsion sur S1, Arrt , coupe lauto-alimentation de la bobine du contacteur KM1 qui souvre. Le moteur sarrte de tourner et reste larrt.


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESLa commande Arrt est mmorise. Une action simultane sur S1 et S2 se traduit par la non-alimentation de la bobine KM1. Le contacteur, avec son cblage, est une mmoire arrt prioritaire. Le fonctionnement est analogue lorsquil y a une impulsion sur S3. Anomalies : Quand le moteur tourne, en cas de court circuit, les fusibles du circuit de commande et du circuit de puissance fondent. Le moteur sarrte immdiatement. Quand le moteur tourne, en cas de surcharge, le relais thermique la dtecte et ouvre le contact associ F1(95-96). La bobine de KM1 ou de KM2 ne se trouve plus alimente, le contacteur souvre et le moteur sarrte et reste larrt. Il faut un rarmement volontaire sur le relais thermique pour nouveau fermer le contact F1 et ainsi pouvoir redmarrer le moteur. Verrouillages : Si lon ne prend pas certaines prcautions, la fermeture simultane de KM1 et de KM2 entrane un court circuit au niveau du circuit de puissance. Il est donc ncessaire de verrouiller un contacteur par rapport lautre et inversement. Ce verrouillage se fait de 2 manires : Verrouillage mcanique : symbolis dans le circuit de puissance et de commande par le symbole , il empche une action manuelle simultane sur les 2 contacteurs. Ce verrouillage est un composant qui sintgre entre les 2 contacteurs KM1 et KM2. Verrouillage lectrique : ce verrouillage se situe dans le circuit de commande. Il consiste placer en srie avec la bobine dun contacteur un contact NF ( ouverture) de lautre contacteur. Ici, le contact km1(21-22) est en srie avec la bobine KM2 et le contact km2(21-22) est en srie avec la bobine KM1. Quand la bobine KM1 est alimente, le contact km1(2122) souvre ; une impulsion sur le bouton S3 ne pourra pas mettre le moteur en route dans lautre sens. Il est signaler que pour passer dun sens lautre, il faut ncessairement passer par une phase darrt du moteur. Les associations dcrites prcdemment pour le dmarrage direct 1 sens sont encore valables pour le dmarrage direct 2 sens de marche.

274 DEMARRAGE DIRECT AUTOMATIQUE :Dans les cas prcdents, le dmarrage direct tait semi-automatique puisque lutilisateur devait appuyer sur des boutons de marche et darrt. Dans les systmes automatiss, le dmarrage du moteur est soumis aux ordres venant de la PC (API). Le raccordement du circuit de commande du moteur doit dans ce cas obir certaines rgles : La marche du moteur doit tre conditionne la fermeture du contact dun relais gnral de scurit autorisant la mise sous tension des sorties (cf. figure ci-contre). Ce relais est aliment par : Un contact ouverture (NF) darrt durgence (normes EN292 et EN418). Un ou plusieurs contacts ouverture (NF) darrt local en srie (normes EN292 et EN418). Un contact dauto-maintien du relais lui-mme avec contact de rarmement en parallle : effet mmoire de la coupure assurant un arrt sr sans redmarrage automatique La figure de la page suivante montre les schmas de commande et de puissance dun moteur asynchrone triphas 2 sens de marche avec API et scurit cble.


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Rep. SQ1 DJ2 F2 T1 DJ1 KAs

Dsignation Sectionneur porte fusibles Disjoncteur magnto thermique Fusibles

Rle et norme Rep. Dsignation Rle et norme Coupure de lensemble de lalimentation KM1 Contacteur Commutation des 3 phases dans lordre 1. (EN292 et PR EN1037) sens 1 Interverrouil avec KM2 (EN292, EN60204) Coupure du circuit en cas de surcharge Contacteur Commutation des 3 phases dans lordre 2. ou de court circuit (EN292, EN60204) KM2 sens 2 Interverrouil avec KM1 (EN292, EN60204) Protection du dpart de ligne et AU S3, DJ2, etc. Arrt durgence Arrts et scurits Coupure de lalimentation du relais matre (EN 292 et EN418) Coupure de lalimentation du relais matre (EN 292 et EN418). Arrts de scurit.

Isolation du circuit commande Transformateur production de la basse tension Disjoncteur Magnto thermique Relais matre

Coupure du circuit en cas de surcharge ou de court circuit (EN292, EN60204) Ra. Rarmement Rarmement du circuit aprs arrt. Autorisation de lalimentation lectrique des sorties API et des contacteurs


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUES275 DEMARRAGE ETOILE TRIANGLE :Ce procd ne peut sappliquer quaux moteurs dont toutes les extrmits denroulements sont sorties sur la plaque bornes, et dont le couplage triangle correspond la tension nominale du rseau. Exemples : Pour un rseau 133/230V : moteur 230V / 400V Pour un rseau 230/400V : moteur 400V / 690V Principe de dmarrage : Premier temps : mise sous tension et couplage toile des enroulements. Le moteur dmarre tension rduite U/. Deuxime temps : suppression du couplage toile et mise en couplage triangle. Le moteur est aliment pleine tension.

Premier tempsL1 U L2 V L3 W

Deuxime temps

L1 U

L2 V

L3 W

Z

X

Y

Z

X

Y

Couplage Caractristiques :

Couplage


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La courbe In = f(n) montre que lappel de courant au moment du dmarrage est le tiers de lappel en dmarrage

direct triangle. Id

= 1,3 2,6 In. U/, le couple est sensiblement 3 = 0,2 0,5 Tn.CIRCUIT DE COMMANDE

Le couple tant proportionnel au carr de la tension applique, la tension tant

fois plus faible quen dmarrage direct : Td Dmarrage toile/triangle 1 sens de marche :



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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESQ1 : sectionneur porte fusibles KM1 : contacteur de ligne F1 : relais thermique (calibre = intensit en couplage ) KM3 : contacteur de couplage KM4 : contacteur de couplage Q1 : contacts de prcoupure du sectionneur : sectionnement de la commande F2 : fusible : protection de la commande contre les courts circuits F1 : contact ouverture issu du relais thermique : protection contre les surcharges S1 : bouton poussoir NF darrt S2 : bouton poussoir NO de marche sens 1 1km1 : contact dauto-maintien ou dautoalimentation de KM1 2km1 : contact temporis fixant la dure du couplage toile km1 (A1-A2) : bobine du contacteur KM1 (contacteur de ligne) 1km3 : contact NF de verrouillage lectrique 2km3 : contact NO dalimentation de KM1 km3 (A1-A2) : bobine du contacteur KM3 (contacteur couplage toile) 1km4 : contact NF de verrouillage lectrique km4 (A1-A2) : bobine du contacteur KM4 (contacteur couplage triangle


CIRCUIT DE COMMANDE

Fonctionnement : Fermeture manuelle de Q1 Impulsion sur S2 : fermeture de KM3 (couplage toile) Fermeture de 2KM3 : alimentation de KM1 : le moteur tourne Auto-alimentation de KM3 et de KM1 par 1KM1 Ouverture de KM3 par 2KM1 temporis : limination du couplage toile Fermeture de KM4 par 1KM3 : couplage triangle Arrt : impulsion sur S1 84 Inversion du sens de marche : On ajoute un contacteur KM2 plac cot de KM1 sur le circuit de puissance pour raliser linversion. Le circuit de commande comprend en plus un relais temporis KA1 qui est excit par lun ou lautre des contacteurs de ligne KM1 ou KM2.


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Dmarrage en 3 temps : Pour diminuer la surintensit au passage toile en triangle, on ajoute un 3me temps dans lequel une rsistance est mise en srie avec les enroulements coupls en triangle pendant environ 3 secondes. 1er temps : Etoile 2me temps : Triangle + rsistances 3me temps : Triangle Dtermination de lappareillage de puissance :


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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUESCouplage normal des enroulements en triangle :I Couplage des enroulements en toile : I =

= J = =

=x=x=

Courants ncessaires au dimensionnement de lappareillage : Q1 In = I ; KM1 et KM4 J = ; F1 ; KM3 I = 276 DEMARRAGE DES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES A ROTOR BOBINE :


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