Types de démarreurs moteurs et directives d'application essentielles

Démarrer un moteur industriel

Un démarreur de moteur industriel est un dispositif qui fournit la puissance requise pour démarrer un moteur asynchrone triphasé. Tout moteur électrique tire le plus de courant (5 à 6 fois le courant nominal) quand il est bloqué. Au démarrage, le moteur est bloqué quand l'alimentation est appliquée, juste avant de tourner.

En théorie, c'est simple, mais il existe de nombreuses façons pour un concepteur ou ingénieur de démarrer et protéger un moteur à induction à courant alternatif (CA). Certaines sont plus efficaces que d'autres.

Figure 1. Un démarreur manuel/interrupteur. Image utilisée avec l'autorisation de Siemens.

À un niveau basique, un démarreur moteur permet un courant dépassant le calibre du disjoncteur ou fusible pour une courte période, jusqu'à ce que le moteur tourne à vitesse nominale. Le démarreur peut aussi permettre le démarrage en sens inverse.

Types de démarreurs moteurs

Manuel

Le démarreur le plus basique. C'est essentiellement un interrupteur avec protection contre surcharge. Utilisé uniquement sur moteurs de faible puissance et seulement avec moteurs non physiquement contraints au démarrage. Un moteur entraînant un volant d'inertie n'utiliserait pas un démarreur manuel, mais une pompe le pourrait.

Magnétique

Ce style utilise un contacteur ou gros relais pour mettre le moteur sous/hors tension. Un ingénieur contrôle le contacteur via un automate programmable (PLC) ou autre contrôleur d'automatisation. Similaire au manuel, sauf qu'un petit signal de tension contrôle le contacteur.

Réversible

Un démarreur réversible utilise deux contacteurs en parallèle pour changer les phases afin que le moteur tourne en sens inverse. Encore une fois, un petit signal de tension du système de contrôle déclenche le sens horaire ou antihoraire.

Figure 2. Un démarreur réversible. Image utilisée avec l'autorisation de Bay Power.

Progressif (Soft Starter)

Un démarreur progressif réduit la tension, ce qui réduit l'appel de courant du moteur au démarrage. L'autotransformateur et le démarrage Étoile-Triangle sont des variantes. Ils utilisent transformateurs ou configurations de câblage dynamiques pour réduire la tension dans le système triphasé jusqu'à 80–90 % de la tension nominale.

Les démarreurs progressifs modernes utilisent l'électronique de puissance à semi-conducteurs (TRIACs) pour réduire la tension au démarrage. Les anciens modèles sont encore utilisés, mais les versions à semi-conducteurs offrent plus de flexibilité de dimensionnement et sont moins complexes à installer.

À fréquence variable (VFD)

Utiliser un variateur de fréquence (VFD) pour démarrer un moteur est probablement la méthode la plus efficace, en raison du fonctionnement du moteur. La force magnétique est proportionnelle à la tension divisée par la fréquence.

Flux = V / Hz

Et la vitesse du moteur est proportionnelle à la fréquence divisée par le nombre de pôles magnétiques.

RPM = 120 * Hz / Nb Pôles

Ces équations montrent qu'en diminuant la fréquence de tension, la vitesse diminue mais la force du champ magnétique augmente. En démarrant à fréquence plus basse, on réduit le courant nécessaire au démarrage. La plupart des anciens démarreurs progressifs utilisent résistances ou transformateurs pour baisser la tension, convertissant l'excès de tension en chaleur.

Combiné (Combination Starter)

Un démarreur combiné loge non seulement les composants du démarreur mais aussi un dispositif de protection de circuit (fusible ou disjoncteur) et le dispositif de surcharge. Excellent pour gagner de l'espace dans l'armoire électrique.

Figure 3. Schéma de fonctionnement d'un onduleur automatique. Image utilisée avec l'autorisation d'OMRON.

Considérations pour sélectionner un démarreur moteur

Regardez l'application. Le moteur tourne-t-il constamment à vitesse fixe ? Y aura-t-il de multiples démarrages/arrêts ? Faut-il changer la vitesse ou faire tourner le moteur à vitesse réduite ?

Si le moteur entraîne un convoyeur à bande, vous ne voudrez pas le démarrer à pleine vitesse : les produits sur la bande pourraient glisser et être endommagés. Les convoyeurs de déchargement utilisent typiquement un démarreur VFD pour contrôler la vitesse de démarrage et arrêter facilement la bande.

L'efficacité joue aussi. De gros ventilateurs de refroidissement n'exigent pas de démarreur à vitesse réduite, mais bénéficient d'un démarrage à vitesse réduite car le moteur ne tirera pas autant de courant qu'en démarrage sous pleine charge.

Certaines usines remplacent même d'anciens démarreurs par des démarreurs modernes à vitesse réduite pour réduire émissions carbone. La taille du moteur joue aussi un rôle important. Certains gros moteurs ne peuvent pas utiliser de démarreurs magnétiques ; ils nécessitent un démarreur progressif ou autotransformateur. Quel que soit votre choix, visez l'efficacité maximale pour réduire les émissions carbone.