Démarreurs à tension réduite (2) - Cours d'Electrotechnique avec Maxicours

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Démarreurs à tension réduite (2)

1. Fonctionnement d'un démarreur par élimination de résistances rotoriques

Le schéma d'un démarreur par élimination de résistances rotoriques apparaît à la figure suivante.

Schéma d'un démarreur par élimination de résistances rotoriques :

Sur le circuit, remarquez les deux contacteurs KM12 et KM11 dont les contacts de puissance court-circuitent le groupe de résistances RK2 - RL2 - RM2 pour le 2e temps de démarrage et le groupe RK1 - RL1 - RM1 pour le 3e temps du démarrage.

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

Analysons le circuit de la figure 5.26.

- Si l'on actionne le bouton "marche" (S1), la bobine KA1 est alimentée, ce qui provoque la fermeture de ses trois contacts (13-14, 23-24 et 33-34). Le contact KA1 (13-14) maintient le bouton marche. Le contact KA1 (23-24) permet l'alimentation du contacteur KM1, lequel, par ses trois contacts de puissance permet le démarrage du moteur avec les deux séries de résistance branchées dans le circuit rotorique. Dans le même temps, son contact auxiliaire KM1 (67-68) commence sa temporisation. Le 3e contact de KA1 (33-34) permet l'alimentation des contacteurs lorsque les contacts temporisés se fermeront. Au fur et à mesure du démarrage, le courant de ligne diminue, de même que le couple.

- Lorsque le 1e temps de démarrage (9 s) est terminé, le contact temporisé KM1 (67-68) se ferme, ce qui permet d'alimenter la bobine du contacteur KM12. La fermeture de ses contacts de puissance court-circuite la première série de résistances (RK2, RL2, RM2) redonnant au moteur du couple, mais aussi de l'intensité. Dans le même temps, le contact temporisé de KM12 (67-68) commence sa temporisation.

- Lorsque la temporisation est terminée (2,6 s), le 2e temps de démarrage est terminé, la bobine KM11 est alimentée, entraînant la fermeture de ses contacts de puissance qui court-circuitent la 2e série de résistance (RK1 - RL1 - RM1). C'est le dernier temps du démarrage correspondant au fonctionnement normal du moteur avec le rotor en court-circuit.

- La commande du bouton "arrêt" (S0) coupe l'alimentation de KA1 entraînant la coupure des contacteurs KM1, KM12 et KM11 ainsi que l'arrêt du moteur.

Dans le cas d'une surcharge du moteur, le contact du relais thermique F1 s'ouvre, coupant ainsi l'alimentation des contacteurs et provoquant l'arrêt du moteur.

L'adjonction du relais thermique F2 dans le circuit de commande assure une protection contre des démarrages fréquents ou incomplets. Dans ce cas F2 reste alimenté, chauffe, puis ouvre son contact F2 (95-96) coupant ainsi l'alimentation de KA1 et provoquant l'arrêt du moteur. Il faut attendre qu'il refroidisse avant de pouvoir le réarmer et de recommencer un démarrage. En marche normale, c'est le contact KM1 (11–12) qui le met hors service à la fin du démarrage.

La figure suivante montre les courbes caractéristiques d'un démarrage par élimination de résistances rotoriques. Vous pouvez voir le passage d'un temps de démarrage à l'autre correspondant à l'élimination des résistances RR2 puis RR1.

Caractéristiques d'un démarrage par élimination de résistances rotoriques :

 

2. Démarrage électronique

Le fonctionnement des différents types de démarreurs que vous avez étudiés jusqu'à maintenant se base sur l'utilisation de dispositifs électromécaniques.

Avec l'arrivée sur le marché de nouveaux composants électroniques de puissance, il est possible de remplacer les démarreurs à tension réduite par résistance, par autotransformateur et "étoile-triangle" par des démarreurs électroniques, dont la performance est inégalée.

Les démarreurs électroniques permettent de réaliser une installation moins coûteuse, plus compacte et très fiable, exigeant peu d'entretien.

La figure suivante représente un démarreur électronique installé dans une armoire de commande. Cette armoire contient notamment :

- un interrupteur principal (1) ;

- trois fusibles de protection du circuit de puissance (2) ;

- un fusible de protection du circuit de commande (3) ;

- un moniteur de tension (4), révélant toute diminution ou toute perte de tension sur une phase et commandant l'arrêt du moteur le cas échéant ;

- un transformateur auxiliaire (5), qui abaisse la tension appliquée au circuit de commande ;

- un démarreur électronique (6).

Démarreur électronique :

De chaque côté du démarreur, on peut identifier les bornes de raccordement de la source d'alimentation et du moteur. Le bloc terminal situé en bas de l'armoire sert au raccordement des composants externes utilisés dans le circuit de commande.

Fonctionnement du démarreur électronique :

Les éléments de commutation de puissance utilisés forment un gradateur triphasé.

La figure suivante montre le circuit simplifié d'un démarreur électronique.

Le circuit de puissance consiste en trois paires de thyristors (redresseurs commandés) branchés en série avec les trois phases de la source d'alimentation. Les thyristors formant chacune des paires sont branchés tête-bêche (en parallèle et inversés l'un par rapport à l'autre), ce qui permet de commander le moteur dans les deux alternances du courant alternatif.

Circuit de base du démarreur électronique :

Lorsque l'on démarre le moteur, le circuit électronique commande les thyristors pour un amorçage à 90°, ce qui équivaut à l'application de 50 % de la tension nominale du moteur.

Lorsque le moteur est lancé, le courant diminue et un dispositif électronique automatique réduit graduellement l'angle d'amorçage à 60, 45, 15 et 0°. Lorsque l'angle d'amorçage est de 0°, le signal de commande se trouve en phase avec l'alimentation triphasée, permettant à ce moment d'appliquer la pleine tension au moteur.

Réglage du démarreur électronique :

Les démarreurs électroniques permettent de régler les paramètres de démarrage du moteur par l'intermédiaire de potentiomètres installés sur la carte du circuit imprimé.

Selon le démarreur, il est possible d'effectuer les trois types de réglages suivants:

- Le potentiomètre "limiteur de tension" permet de régler la tension appliquée au moteur au moment du démarrage. L'échelle de réglage varie entre 0 et 100 %. La tension de démarrage standard se situe habituellement autour de 50 % de la tension nominale du moteur.

- Le potentiomètre "rampe d'accélération" permet le réglage de l'intervalle de temps entre l'application de la tension minimale et de la pleine tension au moteur. L'échelle de réglage varie habituellement entre 2 et 30 secondes.

- Le potentiomètre "limiteur de courant" permet de régler la valeur du courant maximal tiré par le moteur durant la période de démarrage. Le circuit de limitation de courant agit en relation avec celui de la rampe d'accélération et ne permet pas de limiter le courant dans le circuit de puissance après la période de démarrage.

Il existe sur certain démarreurs une fonction "booster" de décollage permettant d'obtenir le couple maximum pendant cinq périodes du réseau (100 ms) pour amorcer le démarrage en cas de frottement sec ou dur mécanique.

Par contre, si une surintensité persiste après le démarrage, le démarreur s'arrête et un voyant indicateur s'allume pour signaler une défectuosité. L'échelle de réglage varie approximativement de 100 à 500 %.

La figure suivante indique les réglages à effectuer sur les potentiomètres dans différentes situations de démarrage.

Réglage des paramètres :

En étudiant la figure suivante, vous pouvez constater que, pour un démarrage en douceur, on a tendance à diminuer la tension et à augmenter la rampe d'accélération. Au contraire, pour un démarrage rapide, on augmente la tension pour diminuer la rampe d'accélération.

Le réglage adéquat du potentiomètre limiteur de courant s'avère particulièrement important. Un réglage trop élevé pourrait provoquer l'ouverture d'un dispositif de protection contre les surintensités. Un réglage trop bas pourrait empêcher le moteur de démarrer, car le courant ne serait alors pas suffisamment élevé pour vaincre l'inertie du rotor.

Branchement du démarreur électronique :

- Les bornes 1, 3 et 5 sont réservées au branchement de l'alimentation en passant par un contacteur KM1.

- Les bornes 2, 4 et 6 sont réservées au branchement du moteur.

- Les autres bornes servent au branchement des composants externes (boutons-poussoirs marche-arrêt, voyants lumineux, etc.) selon le schéma de commande proposé.

- Les boutons extérieurs "marche" et "arrêt" jouent un rôle identique à ceux des démarreurs électromécaniques.

Lorsque l'on appuie sur le bouton "marche" (S1), la bobine du contacteur KM1 est alimentée, ce qui provoque la fermeture de ses trois contacts de puissance (1–2, 3–4, 5–6). Le contact auxiliaire KM1 (13-14) maintient le bouton "marche". Le démarreur Altistar est alimenté, le moteur démarre.

A la fin du démarrage, le contact de l'Altistar (43-44) permet l'alimentation de KM2 dont les contacts de puissance court-circuitent le démarreur maintenant inutile. Le contact auxiliaire KM2 (13-14) maintient l'alimentation de la bobine KM2. Le contact KM2 (61-62) coupe l'alimentation de la bobine KM1.

La commande du bouton "arrêt" (S0) coupe l'alimentation de la bobine KM2 entraînant le retour des contacts à leur position de repos, ce qui provoque l'arrêt du moteur.

Le relais thermique F1 joue le même rôle que dans les démarreurs électromécaniques.

Branchement d'un démarreur électronique :

 

3. Résumé sur les démarreurs à tension réduite

Après avoir parcouru cette étude, vous devriez retenir particulièrement les points suivants :

• Le démarrage à pleine tension des gros moteurs risque de créer une chute de tension excessive sur le réseau. Pour éviter cette chute de tension, on a recours à des démarreurs à tension réduite.

• Dans le domaine industriel, il existe différents démarreurs à tension réduite, dont :

- les démarreurs par élimination de résistances statoriques ;

- les démarreurs par autotransformateur ;

- les démarreurs "étoile-triangle" ;

- les démarreurs par élimination de résistances rotoriques ;

- les démarreurs électroniques.

• Les démarreurs à tension réduite par élimination de résistances statoriques sont munis de trois résistances reliées en série avec les enroulements du moteur durant la période de démarrage. Ces démarreurs permettent une accélération très douce du moteur.

• Les démarreurs à tension réduite par autotransformateur abaissent la tension du moteur durant la période de démarrage à l'aide d'un autotransformateur triphasé muni de prises à 50, 65 ou 80 %. Ces démarreurs permettent une réduction du courant pour un même couple de démarrage.

• Les démarreurs à tension réduite "étoile-triangle" permettent de brancher les enroulements du moteur en étoile durant la période de démarrage et en triangle durant la période de marche. Ils ne fournissent qu'un faible couple de démarrage.

• Les démarreurs par élimination de résistances rotoriques sont munis de une ou deux séries de trois résistances branchées en série avec les enroulements du rotor du moteur durant la période de démarrage. Ces démarreurs permettent une accélération très douce tout en ayant un fort couple de démarrage.

• Les démarreurs électroniques font appel au mécanisme suivant : une paire de thyristors branchés en tête bêche est insérée sur chaque ligne et amorcée par un circuit de commande électronique.

• Ces démarreurs peuvent remplacer tous les démarreurs électromécaniques à tension réduite, en permettant trois types de réglages :

- tension de démarrage ;

- accélération ;

- courant de démarrage.

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