Démarreurs à tension réduite (1)

Lorsqu'un moteur est branché directement à la source d'alimentation, les courants de ligne peuvent atteindre de trois à six fois le courant nominal du moteur au moment du démarrage.

Si les moteurs utilisés sont de petite puissance, l'effet de l'augmentation du courant sur le réseau durant la période de démarrage est négligeable. En revanche, l'utilisation de moteurs plus puissants risque de provoquer une chute de tension excessive sur le réseau.

Pour contrer cet effet, on limite le courant de démarrage en abaissant la tension aux bornes du moteur, à l'aide de démarreurs à tension réduite.

Dans cette étude, vous apprendrez les différentes techniques permettant de limiter le courant de démarrage des moteurs pour le maintenir à une valeur acceptable.

La technique de démarrage par élimination de résistances statoriques  consiste à installer trois résistances branchées en série avec le moteur durant la période de démarrage.

Ce dispositif de démarrage provoque une accélération très douce, mais diminue le couple de démarrage du moteur.

Les démarreurs par élimination de résistance se composent des éléments suivants :

- deux contacteurs ;
- trois résistances ;
- un relais protection thermique ;
- un relais temporisé.

Pour commander la mise en marche et l'arrêt du moteur, on utilise habituellement un poste marche-arrêt muni de boutons-poussoirs.

Fonctionnement d'un démarreur par élimination de résistance statorique :

Le schéma d'un démarreur par élimination de résistances statoriques relié à un moteur triphasé apparaît à la figure suivante.

La commande du moteur s'effectue par l'entremise d'un poste marche-arrêt à boutons-poussoirs (S1 : marche et S0 : arrêt).

Schéma d'un démarreur par élimination de résistances statoriques relié à un moteur triphasé :

La technique de démarrage par auto-transformateur consiste à réduire la tension fournie au moteur durant le démarrage à l'aide d'un auto-transformateur.

Comparativement au démarreur par résistance, ce dispositif de démarrage permet, pour un même couple de démarrage, de réduire davantage le courant tiré du réseau.

S'ils se révèlent plus performants, les autotransformateurs sont plus coûteux que les résistances et ils requièrent un circuit de commande plus complexe.

Les démarreurs à tension réduite par auto-transformateur se composent des éléments suivants :

- un autotransformateur triphasé ;
- un relais de protection thermique ;
- un relais temporisé à double contact.

Pour commander la mise en marche et l'arrêt du moteur, on utilise habituellement un poste marche-arrêt à boutons-poussoirs.

Rappel : un autotransformateur est un transformateur à un seul enroulement, monté sur un noyau d'acier. Il comporte un certain nombre de prises intermédiaires, comme le montre la figure suivante.

Autotransformateur :

Fonctionnement d'un démarreur par autotransformateur :

La figure suivante représente le schéma d'un démarreur par autotransformateur.

Sur cette figure, remarquez les trois contacteurs : KM1, KM2 et KM3.

Le relais temporisé KA1 possède deux contacts, l'un à ouverture (O) et l'autre à fermeture (F). Le relais opère après un délai réglable lorsque sa bobine est alimentée.

Circuit d'un démarreur à tension réduite par autotransformateur :

Analysons ce circuit :

- Si l'on actionne le bouton "marche" (S1), la bobine KM1 est alimentée ; les contacts KM1 sont fermés dans le circuit de puissance, ce qui branche l'autotransformateur en étoile, comme le montre la figure suivante.

Circuit du démarreur après que l'on ait actionné le bouton "marche" :

Le contact auxiliaire KM1 (53-54) du circuit de commande se ferme lui aussi, le contact KM1 (11–12), lui, s'ouvre. Le relais temporisé KA1 est alors alimenté car le contact KM3 (61-62) reste fermé. Le relais KA1 ferme alors son contact instantané KA1 (13-14) permettant d'alimenter le contacteur KM2. La période de temporisation commence, les contacts de puissance KM2 se ferment : le moteur est alors alimenté à 65 % de la tension de ligne. Le contact auxiliaire KM2 (13-14) se ferme et maintient le bouton "marche".

- A la fin de la période de temporisation, le relais KA1 ouvre le circuit de la bobine KM1 qui, en fermant son contact KM1 (11–12) ferme le circuit de la bobine KM3. Les contacts de puissance KM3 court-circuitent l'autotransformateur, ce qui permet d'appliquer la pleine tension au moteur. KM3 est auto-alimenté par KM3 (53-54). L'ouverture des contacts de puissance KM1 et KM2 entraîne l'ouverture du point étoile : l'autotransformateur est débranché du circuit de puissance.

Le contact KM2 (13-14), joue le rôle d'un contact de maintien durant la période de démarrage ; le contact KM3 (53-54), joue un rôle identique durant la période de marche.

- Si l'on actionne le bouton "arrêt", l'alimentation est coupée dans la bobine KM3 : le moteur s'arrête.

Le démarreur est muni d'un dispositif de protection thermique (F2), qui ouvre automatiquement le circuit de commande lors d'une surchauffe dûe à des démarrages trop fréquents ou incomplets.

Les démarreurs par autotransformateur permettent une transition fermée. En effet, le moteur n'est jamais débranché durant le passage du démarrage à la marche normale à cause des contacts KM3, utilisés pour débrancher les bobines KM1 et KM2 à la fin de la période de démarrage.

3. Démarrage "étoile-triangle" ()

La technique de démarrage "étoile-triangle" consiste à brancher en étoile les enroulements du moteur durant la période de démarrage, puis à les relier en triangle pour la période de marche.

Le rapport des grandeurs entre la tension simple V et la tension composé U d'un réseau triphasé de distribution est  ;

 soit 58 % de U.

Cette méthode permet d'appliquer au moteur la tension simple durant la période de démarrage. Si la tension composée est égale à 400 V, la tension aux bornes de chaque enroulement au démarrage sera égale à la tension simple V :

.

V = 230 V = 58 % de 400 V.

Après la période de démarrage et durant la période de marche, les enroulements du moteur sont branchés en triangle. A ce moment, vous vous souviendrez que la tension appliquée à chaque enroulement du moteur est égale à la tension composée soit 400 V.

Cette méthode de démarrage, quoique peu coûteuse, réduit considérablement le couple de démarrage du moteur. De ce fait, elle ne convient pas à des applications nécessitant un fort couple de démarrage.

De plus, pour que cette méthode soit réalisable, il faut que le moteur possède six fils de sortie, constituant le début et la fin de chacun des enroulements de phase, de manière à permettre un branchement en étoile et en triangle. En général, ces six fils sont disponibles dans la boite à bornes.

Le démarreur "étoile-triangle" se compose de :

- trois contacteurs dont un avec un contact auxiliaire temporisé ou :

- un relais temporisé ;

- et un relais thermique.

La mise en marche et l'arrêt du moteur sont habituellement commandés par un poste marche-arrêt à boutons-poussoirs.

Fonctionnement d'un démarreur "étoile-triangle" :

La figure suivante montre le schéma d'un démarreur "étoile-triangle" relié à un moteur triphasé.

Sur le circuit de puissance, remarquez les trois contacteurs : KM1, KM2 et KM3 dont les contacts de puissance sont disposés de façon à pouvoir réaliser les branchements en étoile et en triangle.

Le contact temporisé de KM2 (67-68) opère après un délai réglable, lorsque la bobine est alimentée. Les commandes de mise en marche et d'arrêt sont transmises au moteur par l'entremise d'un poste à boutons-poussoirs.

Procédons à l'analyse du circuit de la figure suivante.

Circuit d'un démarreur "étoile-triangle" :

Le contact auxiliaire KM2 (13-14), du circuit, joue le rôle de contact de maintien.

Le démarreur "étoile-triangle" engendre une transition ouverte, car lors du passage de la période de démarrage à l'étape de marche, le moteur n'est pas alimenté pendant un bref instant.

Les moteurs standard sont équipés d'une planchette à six bornes conforme à la norme NFC 51 120, dont les repères sont conformes à la CEI 34 - 8 (ou NFC51 118).

Lorsque le moteur est alimenté en U1, V1, W1 ou 1U, 1V, 1W par un réseau direct L1, L2, L3, il tourne dans le sens horaire lorsqu'on est placé face au bout d'arbre.

En permutant l'alimentation de deux phases, le sens de rotation sera inversé. (Il y aura lieu de s'assurer que le moteur a été conçu pour les deux sens de rotation.

Tous les moteurs standard sont livrés avec un schéma de branchement placé dans la boîte à bornes.

Le schémas ci-contre représentent les branchements usuels :

 : branchement triangle ;
Y : branchement étoile ;
Sans les barrettes, les six bornes sont accessibles pour effectuer le branchement d'un démarreur Y

Les démarreurs par élimination de résistances rotoriques ne sont pas à proprement parlé des démarreurs à tension réduite, puisqu'on applique la pleine tension au stator du moteur, mais son utilisation entraîne une baisse du courant de démarrage tout comme le font les démarreurs à tension réduite.

Vous avez vu à l'étude sur les moteurs triphasés qu'un moteur à rotor bobiné, s'il se comporte comme un moteur à cage lorsque les bobines du rotor sont court-circuitées, présente les avantages d'un couple de démarrage plus important et un courant de démarrage plus faible si l'on insère des résistances en série dans le circuit rotorique.

La technique de démarrage consiste à alimenter le stator directement par le réseau en ayant auparavant inséré des résistances dans le circuit rotorique. Ces résistances sont progressivement court-circuitées au fur et à mesure de la montée en vitesse du moteur.

Ce dispositif de démarrage est extrêmement souple tout en ayant un fort couple de démarrage.

Les démarreurs par élimination de résistances rotoriques se composent des éléments suivants :

- un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné ;

- trois contacteurs (démarrage en trois temps) dont deux avec un contact auxiliaire temporisé ;

- deux séries de trois résistances ;

- un relais de protection thermique ;

- un relais auxiliaire (3F).

Pour commander la mise en marche et l'arrêt du moteur, on utilise habituellement un poste marche-arrêt muni de boutons-poussoirs.