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Démarrage des moteurs asynchrones En plus des démarreurs électroniques largement utilisés dans l'industrie, on distingue aussi cinq procédés électromécaniques pour assurer le démarrage des moteurs asynchrones triphasés. Ils ont pour intérêt de limiter le courant en ligne, de rendre le démarrage douce et moins brutal. Pour chacun de ces procédés, il existe un schéma de puissance, un schéma de commande et un schéma unifilaire associé. 1) Rappels : 1.1 Principe d'un démarrage direct: C'est le procédé de démarrage le plus simple. Les enroulements du moteur sont couplés directement sur le réseau triphasé, le moteur démarre est atteint sa vitesse nominale. L1
M
L2
3
L3
1.2 Couplage des enroulements Le stator du moteur est constitué de 3 enroulements, ils peuvent être couplés en étoile ou en triangle.
Couplage triangle Couplage étoile
u1
v1
w1 u1
w2
u2
v2
v1
w1
w2 u2 V2 v2 Couplage étoile 1
u1
w2
v1
w1
u2 v2 Couplage triangle
2) Démarrage direct Pour réaliser un départ-moteur de façon correcte, il faut assurer les fonctions suivantes : • Isoler le moteur: c’est le rôle du sectionneur. • Protéger le moteur: On protège le moteur contre les courts-circuits, on utilise des cartouches fusibles de type aM ou bien contre les surcharges, fonction assurée par le relais thermique. • Commander: Etablir et 'interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, on ferme à distance l'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'un circuit de commande, c’est le rôle du contacteur. 2.1) Schémas F1: contact relais thermique NC S1: Bouton marche S2: Bouton arrêt
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14
2.2)
courbes
2
• Intensité: La surintensité au moment du démarrage peut être de 4 à 8 fois l’intensité nominale
•
Couple moteur Au moment du démarrage, le couple moteur est en moyenne de 1,5 à 2 fois le couple nominal. Td = 1.5 à 2 Tn
Id = 4 à 8 In 2.3)
Avantages inconvénients du démarrage direct
Avantages Simplicité de l’appareillage.
Inconvénients Appel du courant important
Couple important.
Démarrage brutal, endommagé le moteur
il
peut
Temps de démarrage court. 3) Démarrage direct avec inversion du sens de rotation •
Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il faut inverser deux des trois phases du circuit d’alimentation. Pour changer le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il suffit d’intervertir 2 fils d’alimentation
Lorsque le moteur est alimenté en U1, V1, W1, par un réseau L1, L2, L3, il tourne dans le sens horaire pour un observateur placé face au bout de l’arbre
•
Un verrouillage mécanique est nécessaire pour éviter le court-circuit entre les deux phases dans le cas ou les contacteurs KM1 et KM2 sont fermés ensemble.
3
•
Un verrouillage électrique par les contacts auxiliaires fermés aux repos (NC) 1KM1 et 1KM2 permet de renforcer la protection du moteur. Ils complète le verrouillage mécanique.
3.1 Fonctionnement: On va utiliser deux contacteurs pour réaliser l’inversion du sens de marche.
3.2 Schémas développés
F1:contact relais thermique NC. S1: Bouton marche sens 1 S3: Bouton marche sens 2 S2: Bouton arrêt
4
13
13
14
14
4) Démarrage étoile-triangle 4.1) Principe: Le principe du démarrage étoile triangle consiste à sous-alimenter le moteur durant presque toute la durée du démarrage en le couplant en étoile. Ce procédé ne peut s’appliquer qu’aux moteurs dont toutes les extrémités d’enroulements sont sorties sur la plaque à bornes, et dont le couplage triangle correspond à la tension nominale du réseau. •
pour un réseau 230 V entre phases, en utilise un moteur 230 / 400 V
•
pour un réseau 400 V entre phases, en utilise un moteur 400 / 690 V
En distingue deux temps de fonctionnement •
Premier temps : mise sous tension et couplage en étoile des enroulements. Le moteur démarre à tension réduite U / 3
•
Deuxième temps : suppression du couplage étoile et mise en couplage triangle. Le moteur est alimenté à pleine tension
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4.2) Courbes
4.2) Circuits de commande et de puissance
•
Circuit de puissance.
Le contacteur KM3 établit le couplage étoile, alors que le contacteur KM2 réalise les liaisons des trois enroulements en triangle. Chacun de ces deux contacteurs remplace les barrettes sur la plaque à bornes de moteur. •
Circuit de commande.
L'appui sur S2 "marche" provoque l'enclenchement des bobines KM3 et KM1 ; Après quelques secondes, l'ouverture du contact temporisé KM1 55-56 provoque l’arrêt de la bobine KM3 et l'enclenchement de KM2 par KM1 67-68. 6
•
Protection des biens :
La protection contre les surcharges est réalisée par: Le relais thermique F1. La protection contre les courts-circuits est réalisée par: Les fusibles aM dans le sectionneur Q1. KM2 21-22 et KM3 21-22 réalisent le verrouillage électrique. 5) Démarrage statorique Le démarrage statorique, comme le démarrage étoile triangle, à pour but de sousalimenter le moteur durant la période de démarrage en ajoutant en série des résistances. 1ére temps: 2éme temps: résistance en service couplage direct
•
L’avantage dans ce mode de démarrage est qu’il n’y a pas de coupure d’alimentation pendant le démarrage. • La caractéristique de couple est sensiblement identique à celle obtenue avec un démarrage étoile triangle. Par contre le courant au moment du démarrage reste un peut élevé. 5.1) Courbes
7
5.2) Schémas de démarrage
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km1 14
Temporisateur à fermeture retardée à l'action
•
1er temps : Impulsion sur S1, entraine l'alimentation de la bobine KM1 et la fermeture du contact km1. Il faut dans un premier temps alimenter le moteur à travers les trois résistances. Seul KM1est utilisé.
•
2ème temps : Temps du temporisateur est écoulé, la bobine du contacteur KM2 est alimentée pour court-circuité les trois résistances, tout en continuant d’alimenter le moteur à l’aide de KM1.
6) Démarrage rotorique •
Le démarrage rotorique a pour but de limiter les courants rotoriques circulant dans l’induit.
•
Le moteur se comportant alors comme un transformateur dont le primaire sera le stator et le secondaire le rotor, on limite le courant secondaire et par conséquent le courant de ligne en insérant des résistances dans le circuit rotorique, que l'on élimine à fur est à mesure que le moteur prend la vitesse.
•
Pour ce type de démarrage, il faut impérativement utiliser un moteur à rotor à bague.
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1ére temps
2éme temps
3éme temps
6.1) Courbes
6.2) Avantages inconvénients du démarrage rotorique Avantages
Inconvénients
L’appel de courant est pour un couple de démarrage donné le plus faible par rapport à tous les autres modes de démarrage.
Nécessité d’un moteur à rotor bobiné.
Possibilité de réduire le courant Id, en augmentant le nombre de démarrage.
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Montage complexe.
6.3) Schémas de démarrage Avec ce type de démarrage, le moteur démarre en trois temps. On dispose donc de trois contacteurs : KM1 (le contacteur de ligne), KM11 et KM12 (qui court-circuitent les deux jeux de trois résistances rotoriques).
2 Temporisateur à fermeture retardée à l'action
KM11
•
KM12
1er temps : On alimente le moteur en limitant les courants rotoriques au maximum par insertion des deux jeux de résistances (RK1,RL1,RM1) et (RK2,RL2,RM2) dans le circuit du rotor. Il faut donc alimenter KM1 seul.
•
2ème temps : t1 du temporisateur est écoulé, on élimine le premier jeu de trois résistances (RK1,RL1,RM1) à l’aide du contacteur KM11.
•
3ème temps : t2
t1 est écoulé, On élimine le deuxième jeu de trois résistances
(RK2,RL2,RM2) à l’aide du contacteur KM12.
7) Démarrage par autotransformateur Le moteur est alimenté sous tension réduite par l'intermédiaire d'un autotransformateur qui est mis hors circuit quand le démarrage est terminé.
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1ére temps
2éme temps
3éme temps
• 1ére temps : Auto-transformateur monté en étoile, le moteur est alimenté à tension réduite. • 2éme temps: Ouverture du point étoile, seule l'inductance de la partie supérieur de l'enroulement raccordé au réseau limite le courant. • 3éme temps: Alimentation du moteur sous plein tension. La portion de bobinage de l'autotransformateur
en
série
avec
le
moteur
est
court-circuitée,
l'autotransformateur est mis hors circuit. 7.1) Courbes
Id = 1.7 à 4 In
Cd = 0.5 à 0.85 C n
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puis
7.2 Schémas de démarrage
• KM1: contacteur étoile de l'auto-transformateur. • KM2: Alimentation de l'auto-transformateur. • KM3: Contacteur de ligne temporisé
S0: bouton marche S1: bouton arrêt KA: relais avec contact
7.3 Fonctionnement: Impulsion sur S1 KM1 est alimenté couplage étoile de l'auto-transformateur •
1ére temps : - les contacts KM11 et KM12 sont fermés alimentation de KM1 et KA1 KA11 fermé alimentation de KM2 Démarrage du moteur.
- le contact KM13 est ouvert verrouillage de KM3. •
2éme temps : lorsque le temps du temporisateur est écoulé ouverture de KM1 par le contact temporisé KA12
élimination du couplage étoile de l'auto-transformateur, le moteur est couplé au réseau à travers l'inductance. •
3éme temps : Fermeture de KM3 par KM31 ouverture de KA1 par le contact KM33 ouverture de KA11 coupe l'alimentation de KM2 alimentation directe du moteur et élimination de l'auto-transformateur.
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8) Comparaison des divers procédés de démarrage Moteur à Moteur à rotor en court-circuit Démarrage
bague
Direct
Etoile/triangle
statorique
4 à 8 In
1,3 à 2,6 In
2 à 5 In
< 2,5 In
0,6 à 1,5 Tn
0,2 à 0,5 Tn
0,1 à 0,75 Tn
< 2,5 Tn
Rotorique
Courant de démarrage Couple initial de démarrage
-Très
bon
rapport
- le couple et l’intensité au - Pas de coupure couple/courant d’alimentation démarrage sont réduits
Avantages
Couple de
d’environ 3 fois par rapport à
démarrage
un démarrage direct.
pendant
le -Possibilité
de
démarrage. réglage des valeurs -
de au démarrage réglage des valeurs
important - Démarrage peu onéreux
Possibilité
au démarrage - Bon rapport couple/courant
-Pas
de
coupure
d’alimentation pendant la phase de démarrage
-
Inconvénients Pointe de courant
Durée de démarrage
importante 2 à 3 secondes Démarrage brutal
Exemples
Petites machines
d’application
Couple
de
démarrage le courant au moment du
faible - Coupure de l’alimentation du moteur au changement 3 à 7 secondes de couplage
peut élevé. 7 à 12 secondes
résistant
démarrer à
carré
pleine charge
(ventilateur)
de
la
des
résistances Fonction de la valeur
Machines démarrant en
au Ventilateurs
charge
démarrage
vitesse Compresseurs Convoyeurs
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-Nécessite
de commutation Pompes
proportionnel
onéreux
des résistances -Entretien des balais
Machines ayant un couple
pouvant
plus
démarrage reste un
Machines démarrant à vide ou à faible charge
-Moteur
progressif
ou
à