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Chapitre VII : Commande de moteur triphasé
1 Cours Actionneurs ‘LAT62’ 3eme Automatique F.Z.Kebbab
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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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