Qu'est-ce qu'un démarreur de moteur ? Types de démarreurs de moteur et méthodes de démarrage de moteur

Types de démarreurs de moteur et techniques de démarrage de moteur

Qu'est-ce qu'un démarreur de moteur ?

Un démarreur de moteur est un appareil électrique utilisé pour démarrer et arrêter un moteur en toute sécurité. Semblable à un relais, le démarreur de moteur allume et éteint l'alimentation et contrairement à un relais, il fournit également une protection contre les surtensions et les surintensités.

La fonction principale d'un démarreur moteur est ;

• Pour démarrer un moteur en toute sécurité
• Pour arrêter un moteur en toute sécurité
• Pour inverser le sens d'un moteur
• Pour protéger le moteur des basses tensions et des surintensités.

Un démarreur de moteur est composé de deux composants principaux qui fonctionnent ensemble pour contrôler et protéger le moteur ;

• Contacteur électrique :Le but du contacteur est d'allumer/éteindre l'alimentation du moteur en établissant ou en ouvrant les bornes de contact.
• Circuit de protection contre les surcharges :Le but de ce circuit est de protéger le moteur des dommages potentiels dus à la condition de surcharge. Un courant énorme à travers le rotor peut endommager l'enroulement ainsi que d'autres appareils connectés à l'alimentation. Il détecte le courant et coupe l'alimentation.

Pourquoi avons-nous besoin d'un démarreur avec un moteur ?

Un démarreur moteur est essentiel pour démarrer un moteur à induction. C'est à cause de sa faible impédance de rotor. L'impédance du rotor dépend du glissement du moteur à induction qui est la vitesse relative entre le rotor et le stator. L'impédance varie inversement avec le glissement.

Le glissement du moteur à induction est au maximum, c'est-à-dire 1 à l'arrêt (position de repos), donc l'impédance est à son minimum et il consomme une énorme quantité de courant appelé courant d'appel. Le courant d'appel élevé magnétise l'entrefer entre le rotor et le stator qui induit une FEM dans l'enroulement du rotor. Cette FEM produit un courant électrique dans l'enroulement du rotor qui crée un champ magnétique pour générer un couple dans le rotor. Lorsque la vitesse du rotor augmente, le glissement du moteur diminue et le courant consommé par le moteur est réduit.

Le courant d'appel élevé est de 5 à 8 fois le courant nominal normal à pleine charge. Ainsi, une telle quantité de courant peut endommager ou brûler les enroulements du moteur, ce qui rendra la machine inutilisable et cela peut provoquer une énorme baisse de tension de la ligne d'alimentation qui peut endommager d'autres appareils connectés à la même ligne.

Afin de protéger le moteur d'une telle quantité de courants, nous utilisons un démarreur qui limite le courant initial pendant une courte durée au démarrage et une fois que le moteur atteint une certaine vitesse , l'alimentation normale du moteur est rétablie. Ils offrent également une protection contre les conditions de défaut telles que la basse tension et les surintensités pendant le fonctionnement normal.

Bien que les petits moteurs d'une puissance inférieure à 1 cheval-vapeur aient une impédance élevée et qu'ils puissent supporter le courant initial, ils n'ont donc pas besoin d'un tel démarreur de moteur, mais ils ont besoin d'un système de protection contre les surintensités qui est fourni par les démarreurs DOL (Direct On-Line). L'explication ci-dessus montre que pourquoi avons-nous besoin d'un démarreur à installer avec un moteur ?

Comment fonctionne un démarreur de moteur ?

Un démarreur est un dispositif de commande utilisé pour commuter le moteur manuellement ou automatiquement. Il est utilisé pour le contrôle marche/arrêt sûr des moteurs électriques en établissant ou en ouvrant ses contacts.

Le démarreur manuel est utilisé pour les petits moteurs où le levier manuel est actionné manuellement (déplacez la position des contacts) en position ON ou OFF. L'inconvénient de ces types de démarreurs est qu'ils doivent s'allumer après une panne de courant. En d'autres termes, ils ont besoin d'un contrôle manuel pour chaque opération (ON ou OFF). Parfois, cette opération peut entraîner la circulation de courants élevés dans l'enroulement du moteur qui peuvent brûler le moteur. C'est pourquoi il n'est pas recommandé dans la plupart des cas où d'autres départs-moteurs alternatifs avec protection sont utilisés tels que les démarreurs automatiques.

D'autre part, les démarreurs automatiques constitués de relais électromécaniques et de contacteurs sont utilisés pour commuter le fonctionnement ON/OFF du moteur. Lorsque le courant traverse les bobines du contacteur, il s'active et produit le champ électromagnétique qui tire ou pousse les contacts pour établir la connexion des enroulements du moteur à l'alimentation.

Les boutons-poussoirs de démarrage et d'arrêt connectés au moteur et au démarreur peuvent être utilisés pour le fonctionnement MARCHE et ARRÊT des moteurs. Les bobines du contacteur peuvent être désexcitées en appuyant sur le bouton d'arrêt qui conduit à désexciter la bobine. De cette façon, les contacts du contacteur reviennent en raison de la disposition des ressorts dans leur position normale, ce qui entraîne l'arrêt du moteur. En cas de panne de courant ou d'arrêt manuel, le moteur ne démarre pas automatiquement jusqu'à ce que nous démarrions manuellement le moteur en appuyant sur le « bouton-poussoir de démarrage ». Le schéma suivant montre comment un démarreur moteur DOL fonctionne pour un fonctionnement ON/OFF.

Types de démarreurs de moteur basés sur les méthodes et techniques de démarrage

Dans les industries, diverses techniques de démarrage sont utilisées pour démarrer un moteur à induction. Avant d'aborder les types de moteurs, voici quelques-unes des techniques utilisées dans les départs-moteurs.

• Démarreur pleine tension ou sur ligne

De tels démarreurs connectent directement le moteur à la ligne électrique fournissant la pleine tension. Les moteurs connectés via de tels démarreurs ont des puissances nominales faibles afin de ne pas créer de chute de tension énorme dans la ligne électrique. Ils sont utilisés dans une application où les moteurs ont de faibles puissances et doivent fonctionner dans une seule direction.

• Démarreur inverseur pleine tension

La direction du moteur à induction triphasé peut être inversée en échangeant deux phases. Un tel démarreur comprend deux contacteurs magnétiques verrouillés mécaniquement avec des phases permutées pour la direction avant et arrière. Il est utilisé dans une application où le moteur doit fonctionner dans les deux sens et les contacteurs sont utilisés pour le contrôler.

• Démarreur à plusieurs vitesses

Afin de faire varier la vitesse d'un moteur à courant alternatif, vous devez faire varier la fréquence d'alimentation en courant alternatif ou faire varier le nombre de pôles (en reconnectant les enroulements dans certains) du moteur. Ces types de démarreur font fonctionner le moteur à quelques vitesses présélectionnées pour répondre à ses applications.

• Démarreur à tension réduite

Le type de technique de démarrage le plus courant consiste à réduire la tension au démarrage du moteur pour réduire le courant d'appel qui pourrait endommager les enroulements du moteur et également provoquer une énorme baisse en tension. Ces démarreurs sont utilisés pour les moteurs de forte puissance.

Sur la base des techniques décrites ci-dessus, les types de démarreurs de moteur suivants sont utilisés dans les industries.

Type de démarreurs :

Nous discuterons des types de moteurs suivants et de leurs méthodes de démarrage basées sur les méthodes de démarrage de moteur ci-dessus avec leurs avantages et leurs inconvénients.

1. Démarrage direct en ligne (DOL)
2. Démarreur à résistance statorique
3. Résistance du rotor ou démarreur de moteur à bague collectrice
4. Démarreur d'autotransformateur
5. Démarreur Star Delta
6. Démarreur progressif
7. Entraînement à fréquence variable (VFD)

Les démarreurs de moteur ont de nombreux types, mais ils sont principalement classés en deux types.

• Démarreur manuel

Ce type de démarreur fonctionne manuellement et ne nécessite aucune expérience. Un bouton-poussoir est utilisé pour éteindre et allumer le moteur qui lui est connecté. Le mécanisme derrière le bouton comprend un interrupteur mécanique qui coupe ou fait le circuit pour arrêter ou démarrer le moteur.

Ils fournissent également une protection contre les surcharges. Cependant, ces démarreurs n'ont pas de LVP (protection basse tension), c'est-à-dire qu'ils ne coupent pas le circuit en cas de panne de courant. Cela peut être dangereux pour certaines applications car le moteur redémarre lorsque le courant est rétabli. Ils sont donc utilisés pour un moteur de faible puissance. Le démarreur direct en ligne (DOL) est un démarreur manuel qui offre une protection contre les surcharges.

• Démarreur magnétique

Les démarreurs magnétiques sont le type de démarreur le plus courant et ils sont principalement utilisés pour les moteurs à courant alternatif haute puissance. Ces démarreurs fonctionnent électromagnétiquement comme un relais qui coupe ou établit les contacts par magnétisme.

Il fournit une tension plus faible et plus sûre pour le démarrage et comprend également une protection contre les basses tensions et les surintensités. Pendant la panne de courant, le démarreur magnétique coupe automatiquement le circuit. Contrairement aux démarreurs manuels, il comprend un fonctionnement automatique et à distance qui exclut l'opérateur.

Le démarreur magnétique se compose de deux circuits ;

• Circuit d'alimentation ; ce circuit est responsable de l'alimentation du moteur. Il se compose de contacts électriques qui activent/désactivent l'alimentation fournie par la ligne d'alimentation au moteur via un relais de surcharge.
• Circuit de contrôle ; ce circuit commande les contacts du circuit d'alimentation pour établir ou couper l'alimentation du moteur. La bobine électromagnétique s'excite ou se désexcite pour tirer ou pousser les contacts électriques. Fournissant ainsi une télécommande pour le démarreur magnétique.

Démarrage direct en ligne (DOL)

DOL alias Direct Online Starter est la forme la plus simple de démarreur de moteur qui connecte le moteur directement à l'alimentation électrique. Il se compose d'un contacteur magnétique qui relie le moteur à une ligne d'alimentation et d'un relais de surcharge pour la protection contre les surintensités. Il n'y a pas de réduction de tension pour démarrer un moteur en toute sécurité. Par conséquent, le moteur utilisé avec de tels démarreurs a une puissance nominale inférieure à 5 hp. Il dispose de deux boutons poussoirs simples qui démarrent et arrêtent le moteur.

Appuyer sur le bouton de démarrage alimente la bobine qui rassemble les contacteurs pour fermer le circuit. Et appuyer sur le bouton d'arrêt désactive la bobine du contacteur et écarte ses contacts, interrompant ainsi le circuit. L'interrupteur utilisé pour allumer/éteindre l'alimentation peut être de n'importe quel type tel que rotatif, de niveau, à flotteur, etc.

Bien que ce démarreur ne fournisse pas une tension de démarrage sûre, le relais de surcharge offre une protection contre la surchauffe et la surintensité. Le relais de surcharge a des contacts normalement fermés qui alimentent la bobine du contacteur. Lorsque le relais se déclenche, la bobine du contacteur se désexcite et coupe le circuit.

Avantages du démarreur de moteur DOL

• il a une conception très simple et économique.
• Il est très facile à comprendre et à utiliser.
• il fournit un couple de démarrage élevé en raison du courant de démarrage élevé.

Inconvénients du démarreur de moteur DOL

• Le courant d'appel élevé peut endommager les enroulements
• Le courant d'appel élevé provoque une chute de tension dans la ligne électrique.
• Il ne convient pas aux moteurs lourds
• Cela peut réduire la durée de vie d'un moteur

Démarreur de résistance du stator

Le démarreur à résistance statorique utilise la technique RVS (démarreur à tension réduite) pour démarrer un moteur. La résistance externe est ajoutée en série avec chaque phase du stator d'un moteur à induction triphasé. Le travail de la résistance est de réduire la tension de ligne (réduisant ensuite le courant initial) appliquée au stator.

Initialement, la résistance variable est maintenue à la position maximale offrant une résistance maximale. Par conséquent, la tension aux bornes du moteur est minimale (au niveau de sécurité) en raison de la chute de tension aux bornes de la résistance. La faible tension du stator limite le courant d'appel au démarrage qui peut endommager les bobinages du moteur. Lorsque le moteur prend de la vitesse, la résistance est réduite et la phase du stator est directement connectée aux lignes électriques.

Comme le courant est directement proportionnel à la tension et le couple varie au carré du courant, une diminution de 2 fois la tension diminue le couple de 4 fois. Ainsi, le couple de démarrage utilisant un tel démarreur est très faible et doit être maintenu.

Avantages du démarreur de moteur à résistance statorique

• Il offre une flexibilité dans les caractéristiques de démarrage.
• L'alimentation à tension variable permet une accélération en douceur
• Il peut être connecté à un moteur connecté en étoile ou en triangle.

Inconvénients du démarreur de moteur à résistance statorique

• Les résistances dissipent la puissance
• Le couple de démarrage est très faible en raison de la réduction de tension
• Les résistances sont assez chères pour les gros moteurs.

Démarreur de moteur à résistance de rotor ou à bague collectrice

Ce type de démarreur de moteur fonctionne sur une technique de démarrage de moteur à pleine tension. Il fonctionne uniquement sur un moteur à induction à bague collectrice, c'est pourquoi il est également connu sous le nom de démarreur de moteur à bague collectrice.

Les résistances externes sont connectées au rotor en combinaison en étoile à travers la bague collectrice. Ces résistances limitent le courant du rotor et augmentent le couple. Ceci, à son tour, réduit le courant de démarrage du stator. Cela aide également à améliorer le facteur de puissance

Les résistances ne sont utilisées que lors du démarrage du moteur et elles sont retirées une fois que le moteur a atteint sa vitesse nominale.

Avantages du démarreur de moteur à résistance de rotor

• Il fournit un faible courant de démarrage en utilisant la pleine tension.
• En raison du couple de démarrage élevé, le moteur peut être démarré sous charge
• Cette méthode améliore le facteur de puissance.
• Il offre une large gamme de contrôle de vitesse

Inconvénients du démarreur de moteur à résistance de rotor

• Cela ne fonctionne que sur les moteurs à induction à bagues collectrices
• Le rotor est cher et plus lourd.

Démarreur d'autotransformateur

Ce type de démarreurs de moteur utilise un autotransformateur comme transformateur abaisseur pour réduire la tension appliquée au stator pendant la phase de démarrage. Il peut être connecté à des moteurs connectés en étoile et en triangle.

Le secondaire de l'autotransformateur est connecté à chaque phase du moteur. Les multiples enregistrements de l'autotransformateur fournissent une fraction de la tension nominale. Pendant le démarrage, le relais est en position de démarrage, c'est-à-dire le point de prise fournissant une tension réduite pour le démarrage. Le relais commute entre les points de prise pour augmenter la tension avec la vitesse du moteur. Enfin, il le connecte à la tension nominale complète.

Par rapport à d'autres techniques de réduction de tension, il offre une haute tension pour un courant de démarrage spécifique. Il aide à fournir un meilleur couple de démarrage.

Avantages du démarreur d'autotransformateur

• Il fournit un meilleur couple de démarrage.
• Il est utilisé pour démarrer de gros moteurs avec une charge importante.
• Il offre également un contrôle manuel de la vitesse.
• Il offre également une flexibilité dans les caractéristiques de démarrage.

Inconvénients du démarreur d'autotransformateur

• En raison de la grande taille de l'autotransformateur, un tel démarreur prend trop de place.
• Le circuit est complexe et relativement cher par rapport aux autres démarreurs.

Démarreur Star Delta

Il s'agit d'une autre méthode de démarrage courante utilisée dans les industries pour les gros moteurs. Les enroulements du moteur à induction triphasé sont commutés entre une connexion étoile et triangle pour démarrer le moteur.

Pour démarrer le moteur à induction, il est connecté en étoile à l'aide d'un relais tripolaire bidirectionnel. La tension de phase en connexion en étoile est réduite du facteur 1/√3 et elle réduit le courant de démarrage ainsi que le couple de démarrage de 1/3 de la valeur nominale normale.

Lorsque le moteur accélère, un relais temporisé commute la connexion en étoile des enroulements du stator dans la connexion en triangle, permettant la pleine tension à travers chaque enroulement. Le moteur tourne à la vitesse nominale.

Avantages du démarreur Star Delta

• Son design est simple et bon marché
• Il ne nécessite aucun entretien
• Fournit un faible courant de surtension.
• Il est utilisé pour démarrer de gros moteurs à induction.
• C'est mieux pour les longs temps d'accélération.

Inconvénients du démarreur Star Delta

• Cela fonctionne sur un moteur connecté en triangle
• Il y a plus de connexions filaires.
• Il offre un faible couple de démarrage qui ne peut pas être maintenu.
• La flexibilité des caractéristiques de départ est très limitée.
• Il y a une secousse mécanique lors du passage d'étoile à triangle.

Démarreur progressif

Le démarreur progressif utilise également la technique de réduction de tension. Il utilise les commutateurs à semi-conducteurs comme le TRIAC pour contrôler la tension ainsi que le courant de démarrage fourni au moteur à induction.

Un TRIAC à commande de phase est utilisé pour fournir une tension variable. La tension est modifiée en faisant varier l'angle de conduction ou l'angle d'amorçage du TRIAC. L'angle de conduction est maintenu au minimum pour fournir une tension réduite. La tension est augmentée progressivement en augmentant l'angle de conduction. À l'angle de conduction maximal, la tension de ligne complète est appliquée au moteur à induction et il fonctionne à la vitesse nominale.

Il fournit une augmentation progressive et régulière de la tension de démarrage, du courant ainsi que du couple. Ainsi, il n'y a pas d'à-coup mécanique et assure un fonctionnement en douceur qui augmente la durée de vie de la machine.

Avantages du démarreur progressif

• Il offre un meilleur contrôle du courant et de la tension de démarrage
• Il offre une accélération en douceur, donc sans à-coups.
• Il réduit les surtensions dans le système.
• Prolonge la durée de vie du système
• Fournir une meilleure efficacité et ne pas avoir besoin de maintenance
• Sa taille est petite

Inconvénients du démarreur progressif

• C'est relativement cher
• Il y a une dissipation d'énergie sous forme de chaleur

Fréquence variable  Docteur ive (VFD)

Tout comme le démarreur progressif, un variateur de fréquence (VFD) peut faire varier la tension ainsi que la fréquence du courant d'alimentation. Il est principalement utilisé pour contrôler la vitesse du moteur à induction car il dépend de la fréquence d'alimentation.

Le courant alternatif de la ligne d'alimentation est converti en courant continu à l'aide de redresseurs. Le courant continu pur est converti en courant alternatif avec une fréquence et une tension réglables en utilisant la technique de modulation de largeur d'impulsion via un transistor de puissance comme les IGBT.

Il offre un contrôle total sur la vitesse du moteur de 0 à la vitesse nominale. L'option de réglage de la vitesse avec la tension variable fournit un meilleur courant de démarrage et une meilleure accélération.

Avantages de l'entraînement à fréquence variable

• Il fournit une meilleure accélération en douceur pour les gros moteurs
• Il offre un contrôle total de la vitesse avec une accélération et une décélération en douceur.
• Il augmente la durée de vie en raison de l'absence de contraintes électriques et mécaniques
• Il offre le fonctionnement avant et arrière d'un moteur

Inconvénients de l'entraînement à fréquence variable

• C'est relativement cher à moins qu'un contrôle de la vitesse ne soit nécessaire
• Il y a une dissipation de chaleur
• Les VFD créent des harmoniques dans les lignes électriques qui peuvent affecter l'équipement électronique et le facteur de puissance.