Démarrage direct des moteurs triphasés

Le démarrage direct constitue la méthode la plus fréquemment utilisée en industrie pour le démarrage des moteurs triphasés.

La popularité de cette technique s'explique par sa simplicité et son coût d'installation relativement bas comparativement à d'autres méthodes.

Il existe deux catégories de démarreurs à pleine tension :

- les démarreurs manuels ;

- les démarreurs automatiques.

Construction :

Les démarreurs manuels sont en fait des interrupteurs sectionneurs ou des disjoncteurs magnétothermiques.

Ils se composent d'un boîtier contenant un, deux ou trois contacts de puissance, selon que l'alimentation est monophasée ou triphasée.

Le boîtier renferme également un relais de protection thermique, ayant pour rôle de protéger le moteur contre les surintensités de courant, pouvant être causées par une surcharge du moteur, et contre les courts-circuits par des fusibles ou un relais de protection magnétique ou électronique.

La figure suivante montre deux modèles de démarreurs manuels.

Démarreurs manuels :

Le démarreur sectionneur apparaissant à la figure a) ci-dessus est de type à commande rotative. D'apparence semblable à celle d'un interrupteur unipolaire résidentiel, ce type de démarreur doit être accompagné d'un relais thermique pour protéger le moteur. Il peut être encastré dans un mur ou encore installé en surface.

On utilise ce démarreur pour commander des moteurs monophasés ou triphasés de petite puissance. Il convient parfaitement à la commande des moteurs de puissance fractionnaire actionnant des ventilateurs, des pompes, de petites machines-outils, etc.

Le démarreur manuel à disjoncteur magnétothermique, montré à la figure b) ci-dessus, peut servir à commander des moteurs d'une puissance allant de 0,37 kW jusqu'à 110 kW pour une tension maximale de 690 V. On le rencontre sur des machines-outils (perceuses, tours, machines à bois, etc.), des pompes, des ventilateurs, etc. Il possède trois contacts de puissance, ce qui le destine à la commande des moteurs triphasés. Un relais thermique et magnétique protège aussi le moteur.

Branchement :

La figure suivante montre le schéma de branchement d'un démarreur manuel pour alimentation triphasée.

Le branchement de la source d'alimentation au démarreur s'effectue aux points identifiés par la lettre "L" ; le moteur est relié au démarreur aux points identifiés par la lettre "T".

Branchement des démarreurs manuels :

Une lampe témoin s'ajoute parfois au circuit. Elle permet d'obtenir une indication visuelle de l'état de marche du moteur.

Certains démarreurs manuels sont munis d'un relais de protection de basse tension. Ce relais provoque automatiquement l'ouverture des contacts de puissance lors d'une baisse de tension ou d'une perte d'alimentation. Le rôle de ce relais consiste à empêcher le moteur de redémarrer automatiquement après une perte de tension. Ainsi, une fois que le relais de protection a ouvert le circuit, on doit nécessairement le ré-enclencher pour faire démarrer le moteur.

Un dispositif d'arrêt peut être incorporé au circuit du relais, ce qui permet de provoquer une rupture de tension volontaire, soit automatiquement, soit manuellement.

Les démarreurs automatiques sont les démarreurs de moteurs à pleine tension les plus fréquemment employés en industrie.

On les utilise lorsque l'on désire commander un moteur à distance à l'aide d'un poste de commande à boutons-poussoirs ou quand la puissance du moteur excède la capacité maximale des démarreurs manuels.

Construction :

Le démarreur automatique se divise essentiellement en trois parties :

- un contacteur possédant un électro-aimant, trois contacts de puissance et un contact auxiliaire ;

- un relais de protection thermique à trois pôles servant à protéger le moteur contre les surcharges. A ce moment, la chaleur est transmise au relais par l'entremise de trois éléments chauffants branchés en série avec le moteur.

- un disjoncteur peut compléter l'équipement pour assurer la protection contre les courts-circuits.

La figure suivante montre un démarreur pouvant commander un moteur triphasé de 37 kW sous 380 V, fonctionnant à une tension de 600 V. Vous y retrouvez aussi son coffret, spécialement construit pour protéger le démarreur. Remarquez, sur le coffret, la présence d'un bouton de ré-enclenchement (O - rouge) pour le relais thermique, d'un bouton de mise en marche (I - vert) et de la commande du disjoncteur.

Démarreur automatique :

Fonctionnement :

Le démarreur automatique fonctionne de la même manière qu'un relais. Dès que l'électro-aimant du contacteur est alimenté, une force magnétique est créée, provoquant ainsi la fermeture des contacts. Inversement, lorsque l'on coupe l'alimentation, un ressort ramène les contacts à leur position de repos.

Pour commander la mise en marche et l'arrêt d'un moteur, on fait appel à un poste marche-arrêt.

Ce poste peut être installé à même le boîtier du démarreur, ou encore être placé dans son propre boîtier et posé à distance du démarreur.

Les postes marche-arrêt sont constitués d'un bouton-poussoir à fermeture (F), servant à commander la mise en marche du moteur, d'un bouton-poussoir à ouverture (0) pour en commander l'arrêt et éventuellement d'un voyant.

Vous retrouvez, à la figure suivante, un exemple de poste marche-arrêt ainsi que la symbolisation électrique des boutons et du voyant.

Poste marche-arrêt :

Branchement d'un poste marche-arrêt :

Le schéma d'un circuit de moteur commandé à l'aide d'un poste marche-arrêt apparaît à la figure suivante.

Le schéma en traits gras représentent le circuit de puissance, tandis que le circuit de commande est représenté en traits fins.

Circuit de moteur commandé par un poste marche-arrêt :

Un transformateur peut être utilisé pour abaisser la tension du circuit de commande de BT (230 V ou 400 V) en TBT (24 V).

- Si aucun bouton n'est actionné, le moteur demeure à l'arrêt, car aucun courant n'alimente la bobine KM1.

- Si l'on appuie sur le bouton marche (I), une tension apparaît aux bornes de la bobine KM1, provoquant la fermeture des trois contacts de puissance KM1 (1-2, 3-4 et 5-6) et du contact auxiliaire KM1 (13-14), forçant le moteur à démarrer.

- Si l'on relâche le bouton marche (I), le moteur continue à tourner : le courant circule à travers le contact auxiliaire KM1, ce qui maintient l'alimentation de la bobine KM1.

- Si l'on actionne le bouton arrêt (O), on coupe l'alimentation de la bobine KM1 ; les contacts de puissance et le contact auxiliaire reprennent leur position de repos, entraînant ainsi l'arrêt du moteur.

- Si le bouton marche et le bouton arrêt sont actionnés simultanément, la priorité est accordée à la commande d'arrêt, car aucun courant ne peut circuler dans le circuit de commande.

Une surcharge du moteur provoque l'ouverture du contact du relais thermique ; un court-circuit dans le circuit de commande entraîne l'ouverture du disjoncteur F1 de ce circuit.

Dans les deux cas, le moteur s'arrête et ne peut pas redémarrer, puisque aucun courant ne peut circuler dans la bobine KM1.

Multipostes marche-arrêt :

Dans certains circuits de commande de moteurs, il peut être souhaitable de commander l'arrêt ou la mise en marche du moteur de plusieurs endroits différents.

Ce peut être le cas d'un convoyeur que l'on désire commander de deux endroits. On utilise alors deux postes marche-arrêt.

Le circuit de la figure suivante montre le raccordement des boutons d'arrêt et de marche.

Remarquez que les boutons d'arrêt sont raccordés en série, tandis que les boutons de marche sont raccordés en parallèle. L'action sur l'un ou l'autre des boutons de marche entraîne le démarrage du moteur.

De même, l'action sur l'un ou l'autre des boutons d'arrêt se traduit par l'arrêt du moteur.

Multipostes marche-arrêt :

Certaines applications, comme les élévateurs, exigent que les moteurs puissent fonctionner dans les deux sens de rotation. Vous savez maintenant que pour inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé, il suffit d'inverser deux de ses trois fils d'alimentation.

Les démarreurs inverseurs mettent cette technique à profit pour permettre la commande avant ou arrière du moteur.

Construction :

Le démarreur inverseur est spécialement conçu pour le démarrage à pleine tension des moteurs triphasés, soit en marche avant, soit en marche arrière.

Ce type de démarreur se compose de deux contacteurs et d'un relais thermique assurant la protection du moteur. Chacun des contacteurs se compose des éléments suivants :

- trois contacts de puissance ;

- deux contacts auxiliaires, dont l'un est à fermeture (F), tandis que l'autre est à ouverture (O).

Un système d'interverrouillage mécanique à bascule est installé entre les deux contacteurs, de façon à éviter que ceux-ci puissent être mécaniquement ou électriquement actionnés simultanément.

Un démarreur inverseur de même que le coffret d'usage général pouvant loger le contacteur et les boutons de commande apparaissent à la figure suivante.

Démarreur inverseur :

Postes avant-arrière-arrêt :

Pour commander la rotation du moteur dans les deux sens, on utilise généralement un poste de commande avant-arrière-arrêt.

Ce poste peut être installé à même le boîtier du démarreur, ou encore être placé dans son propre boîtier et posé à distance du démarreur.

La figure suivante montre un tel poste de commande ainsi que la symbolisation électrique des boutons.

Remarquez que les boutons "avant" et "arrière" sont des boutons-poussoirs munis d'un contact F, alors que le bouton "arrêt" est un bouton à un contact O.

Poste avant-arrière-arrêt :

Il existe plusieurs façons de réaliser le branchement d'un poste avant-arrière-arrêt :

- à l'aide de boutons à simple contact ;
- à l'aide de boutons à double contact ;
- à l'aide d'un multiposte.

Branchement d'un poste avant-arrière-arrêt à l'aide de boutons à simple contact :

Le circuit de base d'un démarreur inverseur utilisant des boutons à simple contact est illustré à la figure suivante.

La figure a) suivante montre le schéma de connexion du circuit d'un moteur possédant les commandes avant-arrière-arrêt.

Le circuit de puissance est représenté à gauche ;
Le circuit de commande apparaît à droite.

Circuit de moteur commandé par un poste avant-arrière-arrêt :

Les contacts auxiliaires KM1 et KM2 O sont des contacts de verrouillage électrique. Ils rendent donc l'alimentation de la bobine KM1 impossible lorsque la bobine KM2 est alimentée et vice versa.

Cette caractéristique est très importante. En effet, si les deux contacteurs étaient actionnés simultanément, il se produirait un court-circuit sur la ligne d'alimentation, ce qui pourrait causer des dommages à l'installation électrique.

La priorité entre les boutons de commande avant et arrière est accordée au premier bouton actionné. Cet effet est dû à la présence des contacts auxiliaires O. Si le bouton arrêt est actionné, les boutons avant et arrière n'ont aucun effet sur le moteur.

Lorsque les commandes avant ou arrière sont données par des boutons à simple contact (un contact F), il faut arrêter le moteur, à l'aide du bouton arrêt, avant d'inverser son sens de rotation.

Branchement d'un poste avant-arrière-arrêt à l'aide de boutons à double contact :

Dans certaines applications où l'inertie de la charge est faible, on peut inverser le sens de rotation du moteur sans passer par la commande arrêt.

Dans ce cas, on utilise des interrupteurs à double contacts (un contact O et un contact F) pour les commandes avant et arrière du moteur.

Les circuits de la figure suivante représentent le schéma de connexion ainsi que le schéma du circuit de commande d'un moteur commandé par un poste avant-arrière-arrêt muni de boutons à double contact.

Poste avant-arrière-arrêt muni de boutons-poussoirs à double contact :

Effectuons l'analyse du circuit de la figure suivante.

Le fonctionnement de base du circuit est identique à celui du circuit de la figure suivante, comportant des boutons à simple contact. Ainsi :

- l'action sur le bouton "avant" provoque la rotation du moteur dans un sens ;
- l'action sur le bouton "arrêt" interrompt la marche du moteur ;
- l'action sur le bouton "arrière" provoque la mise en marche du moteur dans le sens inverse.

Circuit de moteur commandé par un poste avant-arrière-arrêt :

Les contacts auxiliaires O et F des contacteurs avant et arrière jouent les mêmes rôles que ceux décrits précédemment.

- Si l'on appuie sur le bouton "avant", le moteur se met à tourner dans un sens de rotation.

- Lorsque le bouton "avant" est relâché, le moteur continue à tourner : le courant circule à travers le contact de maintien KM1, maintenant ainsi l'alimentation de la bobine KM1.

- Si l'on appuie sur le bouton "arrière", son contact O ouvre le circuit de la bobine KM1, tandis que son contact F ferme le circuit de la bobine KM2. A ce moment, le moteur freine rapidement sous l'effet de l'inversion des phases. Il commence ensuite à tourner en sens inverse.

- Lorsque le bouton "arrière" est relâché, le moteur continue de tourner en sens inverse : le courant circule à travers le contact de maintien KM2, ce qui garde la bobine KM2 alimentée.

- Le même raisonnement s'applique si l'on appuie sur le bouton "avant" alors que le moteur tourne en marche arrière.

- Pour arrêter le moteur, il suffit d'appuyer sur le bouton "arrêt".

Les circuits de commande à boutons à double contact sont tout désignés pour les moteurs entraînant des charges mécaniques à faible inertie. Si l'inertie de la charge est trop grande, l'intervalle entre l'arrêt et le démarrage du moteur en sens inverse est trop grand, ce qui peut provoquer une surintensité dans le circuit du moteur. Le contact F du dispositif de protection risque alors de s'ouvrir, coupant ainsi l'alimentation du circuit de commande.

Multipostes avant-arrière-arrêt :

Lorsque l'on désire commander un moteur à l'aide d'un démarreur inverseur à partir de plusieurs endroits, on applique la même logique que celle qui régissent le fonctionnement des postes marche-arrêt, c'est-à-dire :

- on raccorde en série tous les boutons d'arrêt ;

- on raccorde en parallèle tous les boutons de commande de la marche avant ;

- on raccorde aussi en parallèle tous les boutons de commande de la marche arrière.

La figure suivante montre le schéma de deux postes de commande avant-arrière-arrêt.

Le circuit de la figure a) suivante oblige l'opérateur ou l'opératrice à passer par la commande d'arrêt pour changer le sens de rotation du moteur ;

le circuit de la figure b) suivante permet le changement du sens de rotation du moteur en agissant directement sur l'un ou l'autre des boutons "avant" ou "arrière".

Le premier circuit fait donc appel à des boutons-poussoirs à simple contact alors que le second utilise des boutons-poussoirs à double contact.

Multipostes avant-arrière-arrêt :

Suite à cette étude, vous devriez retenir particulièrement les points suivants :

• Le démarrage direct des moteurs triphasés est réalisé à l'aide de démarreurs manuels ou de démarreurs automatiques.

• Un démarreur manuel se compose d'un interrupteur tripolaire et d'un disjoncteur magnéto-thermique de protection contre les surcharges et les courts-circuits.

• Le branchement d'un démarreur à la source d'alimentation s'effectue aux points identifiés par la lettre "L" (L₁, L₂ et L₃).

• Le branchement d'un démarreur au moteur s'effectue aux points identifiés par la lettre "T" (T₁, T₂ et T₃).

• Un démarreur automatique se compose d'un contacteur, opérant de la même manière qu'un relais, et d'un relais de protection thermique.

• Les démarreurs automatiques sont souvent commandés par un ou plusieurs postes marche-arrêt.

• Un démarreur inverseur permet de commander la rotation du moteur dans les deux sens.

• Les composants des démarreurs inverseurs sont les suivants :

- deux contacteurs ;

- un relais thermique.

• Les démarreurs inverseurs sont souvent commandés par un ou plusieurs postes avant-arrière-arrêt.