Chapitre VII : Commande de moteur triphasé

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VII.1 Introduction

Les moteurs électriques sont de nos jours, à l’exception des dispositifs d’éclairage, les récepteurs

les plus nombreux dans les industries Parmi tous les types de moteurs existants, les moteurs

asynchrones triphasés notamment les moteurs à cage sont les plus utilisés dans l’industrie

bien que leur commande par des équipements à contacteurs soit parfaitement adaptée pour un

grand nombre d'applications, l'emploi de matériels électroniques en constante progression élargit

leur champ d’application. C’est le cas pour contrôler le démarrage et l'arrêt , toutefois, les

moteurs asynchrones à bagues sont utilisés pour certaines applications de forte puissance

dans l’industrie .ce chapitre détaille plus particulièrement la technique et les particularités

d'emploi des moteurs asynchrones, notamment les principaux dispositifs de démarrage, le

réglage de vitesse et le freinage qui leur sont associés. Il est une base de connaissance minimale

pour bien comprendre toute la problématique que représente le pilotage et la protection des

moteurs.

VII.2 Couplage du stator ( Triangle et Etoile )

Le moteur asynchrone triphasé dispose d’une plaque à bornes où sont disponibles les extrémités

des enroulements du stator :

Figure VII.1 : plaque à bornes du moteur asynchrone

On choisit le couplage étoile ou triangle en fonction des caractéristiques du moteur : La plaque

signalétique d’un moteur asynchrone précise toujours deux tensions de fonctionnement possibles

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a) Couplage triangle

SYMBOLE : Δ

Les 3 enroulements sont montes en série pour former un triangle puis les 3 phases sont

branchées aux sommets du triangle.

Figure VII.2 : le couplage triangle

Dans le cas d’un couplage triangle les enroulements sont soumis à la tension composée U

b) Couplage étoile

SYMBOLE : Y

Les 3 enroulements ont un point commun, U2, V2, W2 puis les 3 phases sont branchées aux

extrémités U1, V1, W1.

Figure VII.3 : le couplage étoile

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Dans le cas d’un couplage étoile les enroulements sont soumis à la tension simple v

VII.3 Couplage du rotor (en cage ou en court-circuit, rotor

bobiné)

o Rotor à bagues (rotor bobiné)

Tableau VII.1 couplage du rotor à bague

Rotor à bague

Cou plage étoile

Couplage triangle

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o Rotor en cage d’écureuil (rotor en court – circuit)

Tableau VII.2 couplage du rotor en court – circuit

Rotor en court - circuit

Cou plage étoile

Couplage triangle

VII.4 Modes de démarrage

En fonction des caractéristiques du moteur et de la charge, plusieurs méthodes de démarrages

sont utilisées. Le choix sera dicté par des impératifs électriques, mécaniques et économiques.

La nature de la charge entraînée aura également une grande incidence sur le mode de démarrage à

retenir.

Le moteur asynchrone possède un fort couple de démarrage mais il a l'inconvénient d'absorber

de 4 à 8 fois son intensité nominale. Pour réduire cet appel de courant on dispose de plusieurs

procédés de démarrage.

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Démarrage direct

C'est le mode de démarrage le plus simple dans lequel le stator est directement couplé sur le

réseau. Le moteur démarre sur ses caractéristiques naturelles. on note que I démarrage = 5 à 8 l

nominal , Le couple de démarrage est en moyenne : C démarrage = 0.5 à 1.5 C nominal..

Il ne peut être retenu que :

si la charge admet un couple de démarrage important,

si le réseau permet un courant de démarrage pouvant aller jusqu’à 10 fois le courant

nominal.

Figure VII.4 : Démarrage direct

Démarrage étoile-triangle

Le principe consiste à démarrer le moteur en couplant les enroulements en étoile sous la tension

réseau, ce qui revient à diviser la tension nominale du moteur en étoile par 3. La pointe de

courant de démarrage est alors divisée par 3, soit Id = 1,5 à 3 In.C’est un mode de démarrage

simple et économique qui réduit la pointe de courant au démarrage .

Il ne peut être retenu que :

si la charge au démarrage est nulle ou présente un faible couple n’excédant pas 1/3 du

couple nominal,

si le réseau supporte la surintensité au changement de couplage.

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Le passage du couplage étoile au couplage triangle est commandé par un temporisateur. La fermeture

du contacteur triangle s'effectue avec un retard de 30 à 50 millisecondes après l'ouverture du

contacteur étoile, ce qui évite un court-circuit entre phases, les deux contacteurs ne pouvant être

fermés simultanément

Figure VII.5 : schéma électrique d’un démarreur étoile-triangle

Démarrage statorique à résistance

Le principe consiste à démarrer le moteur sous tension réduite en insérant des résistances en série

avec les enroulements. Lorsque la vitesse se stabilise, les résistances sont court-circuitées et le

moteur est couplé directement sur le réseau. Cette opération est généralement commandée par un

temporisateur. Ce mode de démarrage évite la coupure d’alimentation pendant la phase de

démarrage ; il permet de réduire fortement les pointes de courants magnétisants (transitoires).

Cependant le courant de démarrage reste élevé, de l’ordre de 4,5 In. Ce mode de démarrage

provoque une perte de couple et de puissance importante

Premier temps Deuxième temps

L1 L2 L3

U V W

X YZ

L1 L2 L3

U V W

X YZ

Couplage Couplage

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Figure VIII.6 : schéma électrique et séquence d’un démarreur statorique à résistance.

Démarrage par auto-transformateur

Le moteur est alimenté sous tension réduite par l’intermédiaire d’un autotransformateur qui est

mis hors circuit quand le démarrage est terminé. Le démarrage s’effectue en trois temps Ce mode

de démarrage est plus particulièrement utilisé en BT pour des puissances supérieures à 150 kW et

pour les mécaniques présentant de faibles inerties dont les caractéristiques de couple supportent

la dégradation du couple moteur dans un rapport allant de 0,4 à 0,85 fois le couple de démarrage

du moteur .

Figure VIII.7 : schéma électrique et séquence de démarrage par auto-transformateur.

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o Démarrage des moteurs à bagues

Un moteur à bagues ne peut démarrer en direct, avec ses enroulements rotoriques court-circuités,

sinon il provoquerait des pointes de courant inadmissibles. Il est nécessaire, tout en alimentant le

stator sous la pleine tension du réseau, d’insérer dans le circuit rotorique des résistances qui sont

ensuite court-circuitées progressivement..

Figure VII.8 : Démarrage d’un moteur à bagues

VII.5 Freinage électrique des moteurs asynchrones Triphasés Dans un grand nombre d'applications, l'arrêt du moteur est obtenu simplement par décélération

naturelle. Le temps de décélération dépend alors uniquement de l'inertie et du couple résistant de

la machine entraînée. Mais il est souvent nécessaire de réduire ce temps. Le freinage électrique

apporte dans ce cas une solution efficace et simple. Par rapport aux freinages mécanique et

hydraulique, il offre l'avantage de la simplicité et de ne mettre en oeuvre aucune pièce d'usure.

o Freinage par contre-courant

Le principe consiste, après avoir isolé le moteur du réseau alors qu'il tourne encore, à le

reconnecter sur le réseau en sens inverse. Alors , on inverse 2 phases pour l’inversion du champ

tournant donc ralentissement du rotor.

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C'est un mode de freinage très efficace avec un couple, en général supérieur au couple de

démarrage, qui doit être arrêté suffisamment tôt pour éviter que le moteur ne reparte en sens

inverse. Divers dispositifs automatiques sont employés pour commander l'arrêt dès que la vitesse

approche de zéro :

détecteurs d'arrêt à friction, détecteurs d'arrêt centrifuges,

dispositifs chronométriques,

relais de mesure de la fréquence ou de la tension au rotor (rotor bobiné), etc.

Figure VIII.9 : Principe du freinage à contre courant

o Freinage par injection de courant redressé

Ce mode de freinage est utilisé sur les moteurs à bagues et à cage ., cette possibilité de

freinage est offerte sans supplément de coût.

Le procédé consiste à envoyer du courant redressé dans le stator préalablement séparé du

réseau. Ce courant redressé crée un flux fixe dans l'entrefer du moteur. Pour que la valeur de

ce flux corresponde à un freinage convenable, le courant doit être environ 1.3 fois le courant

nominal.. Le champ tournant est remplacé ainsi par un champ fixe (créé par la source de tension

redressée) qui provoque le ralentissement du rotor.

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Figure VIII.10 : Principe du freinage à courant continu pour une machine asynchrone

o Freinage électronique

Le freinage électronique s'obtient aisément avec un variateur de vitesse muni d'une résistance de

freinage. Le moteur asynchrone se comporte alors comme une génératrice et l'énergie mécanique

est dissipée dans la résistance de freinage sans augmentation des pertes dans le moteur.

VII.6 Différents types de commande (manuelle, semi-

automatique, automatique)

Il existe 2 types de commande :

Commande manuelle directe

L’utilisateur agit directement sur le contacteur, en général par une commande par levier, au niveau

de la puissance. Cette solution est à proscrire car elle peut soumettre l’opérateur à des risques dus

à une tension élevée (400V).

Commande semi-automatique à partir de l’ordre d’un utilisateur

Commande automatique à partir d'un ordre délivré par un API.

La commande semi -automatique et automatique permettent une commande à distance.

VII.7 Exemple de synthèse :

a) Commande semi-automatique

On cite de titre exemple le démarrage étoile- triangle qui peut avoir une commande semi

automatique

Démarrage étoile-triangle semi-automatique à un sens de marche

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On veut démarrer un moteur asynchrone triphasé en étoile-triangle dans un sens de rotation par

un bouton poussoir S1 et arrêter par un bouton poussoir S0.

Circuit de puissance

Circuit de commande : solution 1

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Solution2: En utilisant un contacteur auxiliaire (KA1)

KA1: contacteur auxiliaire qui possède un contact temporisé retardé à l’ouverture.

b) Commande automatique par API

Démarrage automatique

Dans les systèmes automatisés, le démarrage du moteur est soumis aux ordres venant de la PC

(API).

Le raccordement du circuit de commande du moteur doit dans ce cas obéir à certaines règles :

La marche du moteur doit être conditionnée à la fermeture du contact d’un relais général de

sécurité autorisant la mise sous tension des sorties (cf. figure ci-contre).

Ce relais est alimenté par :

Un contact à ouverture (NF) d’arrêt d’urgence (normes EN292 et EN418).

Un ou plusieurs contacts à ouverture (NF) d’arrêt local en série (normes EN292 et EN418).

Un contact d’auto-maintien du relais lui-même avec contact de réarmement en parallèle :

effet mémoire de la coupure assurant un arrêt sûr sans redémarrage automatique

La figure de la page suivante montre les schémas de commande et de puissance d’un moteur

asynchrone triphasé à 2 sens de marche avec API et sécurité câblée.

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Rep. Désignation Rôle et norme Rep. Désignation Rôle et norme

SQ1 Sectionneur

porte fusibles

Coupure de l’ensemble de

l’alimentation (EN292 et PR

EN1037)

KM1 Contacteur

sens 1

Commutation des 3 phases dans

l’ordre 1. Interverrouilé avec KM2

(EN292, EN60204)

DJ2

Disjoncteur

magnéto

thermique

Coupure du circuit en cas de

surcharge ou de court circuit

(EN292, EN60204)

KM2

Contacteur

sens 2

Commutation des 3 phases dans

l’ordre 2. Interverrouilé avec KM1

(EN292, EN60204)

F2 Fusibles Protection du départ de ligne AU Arrêt

d’urgence

Coupure de l’alimentation du

relais maître (EN 292 et EN418)

T1

Transformateur

Isolation du circuit commande

et production de la basse

tension

S3,

DJ2,

etc.

Arrêts et

sécurités

Coupure de l’alimentation du

relais maître (EN 292 et EN418).

Arrêts de sécurité.

DJ1

Disjoncteur

Magnéto

thermique

Coupure du circuit en cas de

surcharge ou de court circuit

(EN292, EN60204)

Réa.

Réarmement

Réarmement du circuit après

arrêt.

KAs Relais maître Autorisation de l’alimentation

électrique des sorties API et

des contacteurs

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