notions fondamentales sur le démarrage des moteurs

Notions fondamentales sur ledémarrage des moteursDémarrage traditionnelDémarreur progressif, convertisseur defréquence Motor

Management

TM

Préface

Ce manuel technique sur le démarrage des moteurs fait partie d’une série de

publications ayant pour thème la gestion des moteurs soit le “Motor Management”.

Grâce à la publication de ces notions fondamentales, l’utilisateur peut bénéficier d’un

ouvrage de référence évolutif sur l’utilisation de la puissance pour la conception et

l’application.

Les thèmes suivants sont traités :

• Protection des moteurs et des entraînements

• Sélection et utilisation des contacteurs

• Communications

Les manuels techniques suivants sont déjà parus :

• “Notions fondamentales d’utilisation des moteurs triphasés à courant alternatif”, qui

traite de la construction, des modes de fonctionnement, du choix et du

dimensionnement des moteurs et

• “Disjoncteurs : notions fondamentales”, qui contient des données supplémentaires

sur l’utilisation pratique des disjoncteurs.

De nos jours, les moteurs font partie de tous les processus de production. Pour cette

raison, l’utilisation optimale de votre application devient de plus en plus importante en

vue de garantir une exploitation rentable. A ce titre, la série “Motor Management” de

Rockwell Automation vous aidera à :

• optimiser l’utilisation de vos systèmes

• minimiser les coûts d’entretien

• accroître la sécurité d’exploitation.

Nous nous réjouissons de mettre à votre disposition ces publications qui fourniront sans

doute une aide précieuse pour trouver des solutions économiques et efficaces adaptées à

votre application.

Copyright © 1997 by Rockwell Automation AG

Nous garantissons la précision des informations fournies dans ce manuel au mieux de notre

connaissance et en déclinant toute responsabilité légale éventuelle.

i

Démarrage des moteurs électriques

Sommaire

1 Démarrage traditionnel 1.1

1.1 Démarrage étoile-triangle 1.11.1.1 Démarrage étoile-triangle normal 1.11.1.2 Démarrage étoile-triangle renforcé 1.51.1.2.1 Démarrage étoile-triangle mixte 1.51.1.2.2 Démarrage étoile-triangle sur fraction d’enroulement 1.61.1.3 Démarrage étoile-triangle à transition fermée 1.6

1.2 Démarrage par autotransformateur 1.81.3 Démarrage avec bobines de self ou résistances 1.91.3.1 Démarrage avec bobines de self 1.91.3.2 Démarrage avec résistances 1.10

1.4 Moteurs multi-vitesses 1.11

2 Démarreur progressif 2.1

2.1 Généralités 2.12.2 Réalisation du démarrage progressif 2.22.2.1 Diminution du couple moteur 2.32.2.2 Influence de la tension moteur 2.3

2.3 Types de démarrage 2.42.3.1 Démarrage sur rampe de tension 2.42.3.2 Démarrage sur limite de courant 2.52.3.3 Couples 2.5

2.4 Types de démarreurs Progressif 2.52.4.1 Démarreur progressif commandé par alternance 2.6

complète sur une phase 2.4.2 Démarreur progressif commandé par demi-alternance 2.7

sur trois phases 2.4.3 Démarreur progressif commandé par alternance 2.8

complète sur trois phases

2.5 Charge thermique au démarrage 2.82.6 Avantages du démarreur progressif 2.92.7 Avantages pour le client 2.92.7.1 Avantages mécaniques 2.92.7.2 Avantages électriques 2.10

ii

2.8 Possibilités de mises en œuvre 2.102.9 Démarrage des pompes 2.112.9.1 Comportement du courant et du couple avec 2.11

démarrage étoile-triangle2.9.2 Comportement de la vitesse avec démarreur 2.12

progressif pour pompe 2.9.3 Comparaison des courbes de couple 2.122.9.4 Comportement du flux lors du démarrage 2.132.9.5 Comportement du flux lors de l’arrêt 2.132.9.6 Conditions pour un démarreur progressif pour pompe 2.142.9.7 Domaines d’application 2.14

2.10 Options 2.14

3 Convertisseur de fréquence 3.1

3.1 Généralités 3.13.2 Construction 3.13.2.1 Redresseur de tension réseau 3.23.2.1.1 Représentation de principe de la tension continue pulsée 3.23.2.2 Circuit intermédiaire 3.33.2.3 Onduleur 3.33.2.3.1 Représentation de principe de la modulation d’impulsions en durée 3.4

3.3 Régimes de fonctionnement 3.43.3.1 Relation fréquence-tension 3.43.3.2 Accentuation de tension ou boost 3.53.3.3 Compensation du glissement 3.63.3.4 Valeur de consigne 3.63.3.5 Compensation 3.63.3.6 Protection moteur 3.73.3.7 Changement du sens de rotation et freinage 3.7

3.4 Avantages du convertisseur de fréquence 3.83.5 Perturbations fréquence radio 3.83.5.1 Généralités 3.83.5.2 Normes 3.93.5.3 Mesures correctives 3.10

4 Comparaison des procédés de démarrage 4.1


iii

Démarrage des moteurs électriquesGrâce à leur simplicité, leur robustesse et leur coût attractif, les moteurs à cage sont les

moteurs les plus souvent utilisés dans l’industrie. En commutation directe, ils absorbent

un courant de démarrage jusqu’à 8 fois plus important que le courant nominal et ils

développent donc un couple de démarrage élevé.

Les courants de démarrage élevés ont souvent comme conséquence une chute de tension

désagréable et les couples de démarrage élevés nécessitent des éléments mécaniques

résistant aux surcharges. C’est la raison pour laquelle les distributeurs d’électricité

fixent des valeurs limites pour les courants de démarrage des moteurs, par rapport aux

courants de fonctionnement nominaux. Les valeurs permises varient d’un réseau à

l’autre, en fonction de la charge. En ce qui concerne la mécanique, des procédés qui

diminuent les couples de démarrage sont souhaitables.

Pour diminuer les courants et les couples, il existe différentes commutations et

méthodes de démarrage :

• Démarrage étoile-triangle

• Démarrage par autotransformateur

• Démarrage avec bobines de self ou résistances

• Démarrage multi-vitesses

• Démarrage avec démarreur progressif électronique

• Démarrage avec convertisseur de fréquence

Les méthodes de démarrage les plus importantes utilisées dans la pratique sont

présentées ci-dessous.

1 Démarrage traditionnel

1.1 Démarrage étoile-triangleOn distingue les méthodes suivantes :

• Démarrage étoile-triangle normal

• Démarrage étoile-triangle renforcé

• Démarrage étoile-triangle à transition fermée (closed transition)

1.1.1 Démarrage étoile-triangle normalPour le démarrage, les enroulements du moteur sont couplés en étoile avec le réseau. La

tension aux bornes de chaque enroulement est ainsi réduite par un facteur 1/√_3=0,58.

Avec ce couplage, le couple de démarrage atteint environ 30% de la valeur obtenue avec

un couplage en triangle. A l’enclenchement, le courant est réduit à un tiers du courant

avec enclenchement direct, c’est-à-dire typiquement à 2 à 2,5 Ie.

A cause du couple de démarrage réduit, la commutation étoile-triangle convient bien

aux entraînements avec une grande masse mobile, mais peu à ceux avec un couple

résistant augmentant avec la vitesse. Elle est donc utilisée de préférence dans les

applications où l’entraînement est soumis à une charge seulement après l’accélération.

Parmi les applications possibles, citons les presses, les centrifugeuses, les pompes, les

ventilateurs, etc.


1.1


1.2

ML

7

6

5

4

3

2

1

0,25 0,5 0,75 1

3

2

1

MMN I

Ie

I∆

IY

IA

M∆

MY

nns

L1 L3L2

V1

V2 W1

W2

U1IWUU2

Ue

IWV

ILD

L1 L3L2

V1

V2

W1

W2

U1

U2

Ue

IWU

ILY = 13

ILD

ZW

Ue

�3

Caractéristiques types de courant et de couple lors du démarrage étoile-triangle

Rapport entre les courants avec couplage étoile et couplage triangle

Couplage étoile Couplage triangle

I Courant moteur

Ie Courant de service nominal du

moteur

MD Couple avec couplage triangle

ME Couple avec couplage étoile

ILY Courant d’alimentation avec couplage étoile

ILD Courant d’alimentation avec couplage

triangle

IW Courant d’enroulement

Ue Tension réseau entre phases

ZW Impédance enroulement

n Vitesse de rotation

ns Vitesse synchrone

ML Couple résistant

IY Courant avec couplage étoile

ID Courant avec couplage triangle

IA Caractéristique de courant avec

commutation étoile-triangle

ILY = IWU =Ue

√_3 ZW

IL1D = IWU + IWV

ILD = IW √_3 =

Ue √_3 = 3 ILY

ZW

ILY =1

ILD3

Après accélération du moteur, un relais de temporisation commute automatiquement le

couplage étoile en couplage triangle. La phase de démarrage en couplage étoile doit

durer jusqu’à ce que le moteur ait atteint une vitesse voisine de la vitesse de service, de

manière à supporter un minimum de post-accélérations après la commutation en

triangle. Les post-accélérations en couplage triangle entraînent des courants élevés

comme avec le démarrage direct. La durée de la phase de démarrage en couplage étoile

dépend de la charge du moteur. En couplage triangle, les enroulements du moteurs sont

soumis à la tension entière du réseau.

Pour effectuer la commutation étoile-triangle les 6 extrémités des enroulements du

moteur sont couplées à des bornes de connexion. Les contacteurs d’un démarreur étoile-

triangle commutent les enroulements en conséquence.

Pour le démarrage en étoile, le contacteur principal ferme le réseau aux extrémités des

enroulements U1, V1, W1. Le contacteur étoile relie les extrémités des enroulements

U2, V2, W2. Après la phase d’accélération, le contacteur étoile coupe et le contacteur

triangle relie les bornes U1/V2, V1/W2, W1/U2.

Lors de la commutation étoile-triangle, il faut respecter la séquence correcte des phases,

c’est-à-dire la connexion correcte du conducteur au moteur et au démarreur. En cas de

mauvaise séquence, à cause de la faible chute de vitesse pendant la pause de

commutation sans courant lors de la recommutation, il peut se produire des pointes de

courant très élevées, qui peuvent endommager les enroulements et qui chargent

inutilement les contacteurs. Le sens de rotation du moteur est également à contrôler.


1.3

Commutation étoile-triangle avec contacteurs


Entre la coupure du contacteur étoile et la commutation du contacteur triangle, un temps

de pause suffisant doit s’écouler pour que l’arc de mise hors circuit dans le contacteur

étoile s’éteigne. Si la commutation est trop rapide, un court-circuit dû à l’arc de mise

hors circuit peut se produire. La durée de la pause de commutation doit suffire à

éteindre l’arc de mise hors-circuit tout en minimisant la chute de vitesse pendant la

pause de commutation. Des relais de temporisation spéciaux pour la commutation

étoile-triangle remplissent ces exigences.

Protection moteur et dimensionnement des contacteursLe relais de protection du moteur est couplé aux phases des enroulements, c’est-à-dire

au contacteur principal. Le courant à appliquer est ainsi plus petit d’un facteur

1/√_3=0.58 que le courant nominal moteur. A cause des courants de la troisième

oscillation harmonique circulant dans les enroulements, un réglage plus élevé du relais

de protection du moteur peut être nécessaire. Ceci ne peut être fait que sur la base d’une

mesure effectuée avec un instrument capable de mesurer la valeur effective correcte. La

section des conducteurs vers le moteur et pour le retour doit être dimensionnée

thermiquement en fonction du courant de réglage du relais de protection du moteur.

En cas de protection par des disjoncteurs ayant une caractéristique de protection de

moteur, le disjoncteur est connecté dans les conducteurs réseau car il prend en charge la

protection contre les courts-circuits de la ligne et du démarreur. Dans ce cas, le réglage

de courant se fait sur le courant nominal du moteur. Une correction du réglage à cause

de la troisième oscillation harmonique n’est dans ce cas pas nécessaire. Les conducteurs

doivent être thermiquement dimensionnés selon le réglage du disjoncteur.

Avec démarrage étoile-triangle, les contacteurs doivent être dimensionnés selon les

courants suivants :

• Contacteur principal K1M 0,58 Ie

• Contacteur triangle K2M 0,58 Ie

• Contacteur étoile K3M 0,34 Ie

Pour des phases de démarrage supérieures à 15 secondes environ, un contacteur étoile

plus fort doit être choisi. Si le contacteur étoile est de la même dimension que le

contacteur principal, des phases de démarrage allant jusqu’à 1 minute sont permises.

1.4

Connexion correcte du moteur


1.5

1.1.2 Démarrage étoile-triangle renforcéSi, avec le démarrage normal étoile-triangle, le couple est insuffisant pour accélérer

l’entraînement en couplage étoile au voisinage de la vitesse de service, le démarrage

étoile-triangle renforcé peut être utilisé. Bien entendu, la consommation de courant

augmente en même temps que le couple d’entraînement.

On distingue les démarrages suivants :

• Démarrage étoile-triangle mixte

• Démarrage étoile-triangle sur fraction d’enroulement

Pour ces deux types de démarrage, des moteurs avec prises correspondantes sur les

enroulements sont nécessaires.

Les mêmes règles que pour le démarrage étoile-triangle normal s’appliquent pour la

connexion du moteur, la commande des contacteurs, la protection du moteur et le

dimensionnement thermique des conducteurs.

1.1.2.1 Démarrage étoile-triangle mixteDans ce cas, les enroulements du moteur sont la plupart du temps divisés en deux

moitiés égales. Lors du démarrage, chaque demi-enroulement est commuté en triangle

alors que l’autre demi-enroulement est commuté en étoile. D’où la désignation de

démarrage “mixte”. Le courant de commutation étoile est environ de 2 à 4 Ie. Il en

résulte un couple de démarrage plus important.

Dimensionnement des contacteurs :




L1 L3L2

H

H

H

D

D

D

Y

Y

Y

V1

V3

V3

V2

W1

W3

W3

W2

U1

U3 U2U3

Démarrage étoile-triangle mixte


1.1.2.2 Démarrage étoile-triangle sur fraction d’enroulementDans ce cas, les enroulements du moteur sont également divisés. En couplage étoile,

seul l’enroulement principal, c’est-à-dire une partie de l’enroulement complet, est

utilisé. D’où la désignation de démarrage “sur fraction d’enroulement”. Le courant de

commutation étoile se situe entre 2 et 4 Ie , ce qui produit également un couple de

démarrage plus important.

Dimensionnement des contacteurs :



• Contacteur étoile K3M 0,5 - 0,58 Ie (selon courant de démarrage)

1.1.3 Démarrage étoile-triangle à transition ferméeAvec ce type de commutation, la chute de vitesse pendant la commutation étoile-

triangle est évitée et les pointes de courant conséquentes sont maintenues à un faible

niveau.

Avant l’ouverture du contacteur étoile, un quatrième contacteur K4M (contacteur de

transition) du circuit moteur se ferme et met en circuit les résistances en triangle. Le

courant moteur n’est alors pas interrompu pendant la commutation et la vitesse du

moteur reste pratiquement constante. Le contacteur triangle K2M établit ensuite l’état

de commutation définitif et déclenche le contacteur de transition K4M.

1.6

L1 L3L2

H

HH

D

D

D

YY

Y

V1

V3

V3V2

W1

W3

W3

W2

U1U3

U2

U3

Démarrage étoile-triangle sur fraction d’enroulement

Dimensionnement des contacteurs et résistances:




• Contacteur de transition K4M typ. 0,27 Ie (selon courant de transition)

• Résistances de transition typ. 0,35 à 0,4 Ue/Ie

Contrairement à la commutation étoile-triangle normale, le contacteur étoile doit être

dimensionné comme le contacteur principal et le contacteur triangle car il doit mettre

hors circuit le courant étoile du moteur et les résistances de transition. Dans les

résistances, circule un courant d’environ 1,5 Ie. Une puissance de commutation

correspondante plus élevée est donc nécessaire.

Les mêmes règles que pour le démarrage étoile-triangle normal s’appliquent pour la

connexion du moteur, la commande des contacteurs (commutation différente à cause de

la commande du contacteur de transition), la protection du moteur et le

dimensionnement thermique des conducteurs.


1.7

H+YA

H+DD

H+TC

H+Y+TB

Démarrage étoile-triangle à transition fermée


1.2 Démarrage par autotransformateurLe démarrage par autotransformateur permet le démarrage des moteurs à cage avec un

courant réduit dû à une réduction de tension pendant la durée d’accélération.

Contrairement à la commutation étoile-triangle, seuls trois conducteurs vers le moteur et

3 connexions moteur sont nécessaires. Ce type de commutation est particulièrement

répandu dans les pays anglophones.

Lors du démarrage, le moteur reste sur les prises de l’autotransformateur. Le moteur

démarre également avec une tension réduite et un courant correspondant plus petit.

L’autotransformateur diminue le courant dans le conducteur réseau selon son rapport de

transformation. Comme pour la commutation étoile-triangle, le démarreur par

autotransformateur présente un rapport couple-consommation de courant avantageux.

Pour pouvoir adapter la caractéristique de démarrage du moteur au besoin en couple, les

autotransformateurs comportent la plupart du temps trois prises sélectionnables (par

exemple 80%, 65% et 50%).

Lorsque le moteur a atteint une vitesse voisine de sa vitesse nominale, la liaison étoile

de l’autotransformateur s’ouvre. Les fractions d’enroulement du transformateur se

comportent alors comme des bobines de self en série avec les enroulements du moteur

et par conséquent, comme pour le démarrage étoile-triangle à transition fermée, la

vitesse du moteur ne chute pas pendant la commutation. Après mise en circuit du

contacteur principal, la tension entière du réseau est appliquée aux enroulements du

moteur. Enfin, le transformateur est déconnecté du réseau.

En fonction de chaque prise et rapport de courant de démarrage, le courant de

commutation est de 1 à 5 x Ie. Le couple à disposition diminue quelque peu en fonction

du courant de démarrage.

1.8

Démarreur par autotransformateur avec commutation à transition fermée

(Commutation “Korndörfer”)

1.3 Démarrage avec bobines de self ou résistancesGrâce à des bobines de self ou des résistances couplées en série, la tension moteur et

donc le courant de démarrage sont réduits. Le couple de démarrage diminue en fonction

du carré de la diminution du courant.

1.3.1. Démarrage avec bobines de selfA l’arrêt, la résistance du moteur est faible. Une grande partie de la tension est réduite

par les bobines de self couplées en série. Le couple de démarrage du moteur est alors

fortement diminué. Lorsque la vitesse augmente, la tension aux bornes du moteur

augmente à cause du retour du courant d’utilisation et de la répartition vectorielle de

tension entre le moteur et la réactance couplée en série. Le couple moteur augmente

alors également. Après la phase d’accélération les bobines de self sont court-circuitées.

Le courant de commutation diminue en fonction du couple de démarrage nécessaire.


1.9

Démarrage avec bobines de self


1.3.2. Démarrage avec résistancesDes résistances de faible coût sont montées à la place des bobines de self décrites ci-

dessus.

Avec cette méthode, la réduction possible du courant de démarrage est peu prononcée

car le couple moteur diminue de manière quadratique par rapport à la tension.

L’augmentation de la tension aux bornes du moteur est un effet de la baisse de

consommation de courant lorsque la vitesse augmente.

Il est préférable de diminuer les résistances par étages lors du démarrage. Le coût des

contacteurs est cependant plus important.

Une autre possibilité réside dans l’utilisation de résistances humides (électrolyte)

étanches. Avec ces éléments, la résistance ohmique diminue avec la montée en

température due à l’effet du courant de démarrage.

1.10

Démarrage avec résistances

1.4 Moteurs multi-vitessesPour les moteurs asynchrones, le nombre de pôles définit la vitesse de rotation.

2 pôles = 3000 min–1 (vitesse synchrone)

4 pôles = 1500 min–1



etc.

Avec une commutation appropriée des enroulements à encoches ou avec des

enroulements divisés par vitesse dans les mêmes moteurs, ceux-ci peuvent être conçus

avec deux ou plusieurs vitesses. La commutation “Dahlander”, est particulièrement

économique puisqu’elle permet deux vitesses dans le rapport 1:2 avec un seul

enroulement.

Les moteurs multi-vitesses trouvent leur application par exemple dans les ventilateurs,

pour changer de puissance de ventilation. Il s’agit du domaine d’application le plus

important.

Selon chaque dimensionnement et commutation des enroulements, il existe des moteurs

avec pratiquement la même puissance ou le même couple pour différentes vitesses. A

couple égal, le courant est plus petit pour une vitesse plus petite, et les démarrages avec

des besoins en couple importants peuvent donc être réalisés avec des consommations de

courant plus faibles.


1.11

Moteur multi-vitesses


2 Démarreur progressif

2.1 GénéralitésSelon la qualité du réseau, des variations rapides du courant consommé, comme c’est le

cas lors du démarrage d’un moteur, peuvent provoquer des chutes de tension qui

perturbent les autres appareils alimentés par le même réseau :

• Fluctuations de luminosité des éclairages

• Influence sur les installations informatiques

• Défaillances des contacteurs et des relais

Lors des démarrages, les éléments mécaniques d’une machine ou installation sont

fortement sollicités par l’impact du couple dû au démarrage.

Avec les solutions traditionnelles telles que :

• commutation étoile-triangle

• autotransformateur

• bobines de self ou résistances,

la tension aux bornes du moteur ainsi que le courant ne peuvent être influencés que par

étapes.

Le démarreur progressif gère en continu la tension depuis une valeur de départ

sélectionnable jusqu’à cent pour-cent. Le couple et le courant augmentent ainsi de

manière continuelle. Le démarreur progressif permet également un cycle d’arrêt

continuel du moteur sous charge.

2.1


2.2 Réalisation du démarrage progressif

La caractéristique de couple du moteur permet d’expliquer comment obtenir un

démarrage de moteur lent.

En comparant la caractéristique de charge avec la caractéristique du moteur, il apparaît

que la caractéristique de couple du moteur se situe toujours au-dessus de la

caractéristique du couple résistant, jusqu’à ce qu’elle coupe cette dernière.

A ce moment du cycle, la charge nominale atteint la vitesse nominale.

La différence entre la caractéristique du couple résistant et la caractéristique du couple

moteur représente ce qu’on appelle le couple d’accélération (MB). Ce couple fournit

l’énergie servant à commencer à faire tourner et à accélérer l’entraînement.

Le rapport entre les deux caractéristiques représente la mesure du temps de démarrage

ou d’accélération d’un entraînement. Si le couple moteur est beaucoup plus grand que le

couple résistant, l’énergie d’accélération est grande et donc le temps d’accélération est

court. Si par contre le couple moteur est seulement un peu plus grand que le couple

résistant, il fournit une faible énergie et le temps d’accélération est d’autant plus grand.

Le démarrage progressif est ainsi réalisé en diminuant le couple d’accélération.

2.2

Caractéristiques moteur


2.2.1 Diminution du couple moteur

Les caractéristiques représentées ne sont valables que lorsque toute la tension UN est à

disposition. Aussitôt qu’une tension plus petite est appliquée, le couple est réduit de

manière quadratique. Si la tension effective du moteur est réduite de 50%, le couple est

alors réduit au quart de sa valeur. En comparant les caractéristiques du couple moteur et

du couple résistant, on voit que l’écart est plus important en présence de la tension du

réseau UNetz que pour la tension réduite Ured. Le couple moteur et donc la force

d’accélération sont influencés par l’adaptation de la tension aux bornes du moteur.

2.2.2 Influence de la tension moteur

La tension moteur est facilement modifiée avec une commande à découpage de phase.

Au moyen d’un semi-conducteur, le thyristor, il est possible de n’appliquer au moteur

qu’une partie de la tension, en coupant la demi-alternance sinusoïdale. A l’instant où le

thyristor coupe la demi-alternance sinusoïdale, on définit l’angle d’amorçage “Alpha”.

Si l’angle “Alpha” est grand, la tension eff. moteur est petite. En déplaçant petit à petit

l’angle d’amorçage “Alpha” vers la gauche, la tension eff. moteur augmente. Avec la

commande correspondante, le découpage de phase est une méthode simple et efficace

pour modifier la tension moteur.

2.3

Caractéristiques de couple

Découpage de phase


2.3 Types de démarrageIl y a deux possibilités principales pour faire démarrer un moteur progressivement. Il

s’agit du démarrage sur rampe de tension et du démarrage sur limite de courant.

2.3.1 Démarrage sur rampe de tension

Lors du démarrage sur rampe de tension, le temps de démarrage ou temps d’accélération

et le couple initial de décollement sont fixés. Le démarreur progressif augmente la

tension aux bornes du moteur linéairement depuis une valeur prédéfinie (tension de

départ) jusqu’à la tension entière du réseau. La faible tension moteur au départ du

processus a pour conséquence un couple moteur plus faible et entraîne ainsi un cycle

d’accélération progressif. La valeur de départ de la tension à appliquer est définie par le

couple initial de décollement = couple de départ du moteur. Avec la commande Dialog

Plus SMC, il est possible de choisir entre deux profils de démarrage progressif avec des

temps de rampe et des valeurs de couple de décollement applicables séparément.

Le temps d’accélération du moteur résulte du réglage du temps d’accélération et du

couple de décollement. Si le couple de décollement est choisi très grand ou le temps

d’accélération très petit, on se rapproche alors du démarrage direct. Dans la pratique, on

définit d’abord le temps d’accélération (10 sec. environ pour les pompes) et ensuite le

couple de décollement de manière à ce que le démarrage progressif soit réalisé.

Le temps de réglage déterminé n’est pas le temps d’accélération effectif del’entraînement; il est dépendant de la charge et du réglage du couple dedécollement.

Lors d’un démarrage progressif sur rampe de tension, le courant augmente jusqu’à une

valeur maximale et il redescend à la valeur IN en atteignant la vitesse nominale du

moteur. Le courant maximal ne peut pas être déterminé à l’avance; il dépend de chaque

moteur. Cependant, si une certaine valeur de courant ne doit pas être dépassée, il est

alors possible de choisir le démarrage sur limite de courant.

2.4

Rampe de tension


2.3.2 Démarrage sur limite de courant

Le courant augmente selon une certaine rampe jusqu’à la valeur maximale définie et il

redescend à la valeur IN en atteignant la vitesse nominale du moteur. Le moteur ne peut

ainsi tirer qu’un certain courant de démarrage. Cette méthode de démarrage est souvent

demandée par les distributeurs d’électricité dans les cas où un gros moteur (aération du

foin, pompe) doit être connecté au réseau.

2.3.3 Couples

Ce graphique montre les différents couples du moteur pour démarrage direct, démarrage

progressif sur rampe de tension et sur limite de courant.

2.4 Types de démarreurs progressifsLa différence entre les différents types de démarreurs progressifs réside dans la

construction de la partie puissance et la caractéristique de commande.

Comme déjà expliqué, le démarreur progressif est basé sur le principe du découpage de

phase. Au moyen d’un thyristor, il est possible de n’appliquer qu’une partie de la

tension au moteur, en coupant la demi-alternance sinusoïdale.

Le thyristor ne laisse passer le courant que dans une direction. Un second semi-

conducteur polarisé en sens contraire conduisant le courant négatif (semi-conducteur

monté tête-bêche) est donc nécessaire.

2.5

Courbes de courant lors de l’accélération

Courbes de couple


On différencie les démarreurs progressifs selon les deux critères suivants :

1. Nombre de phases commandées.

Une phase (démarreur progressif commandé sur une phase), deux phases (démarreur

progressif commandé sur deux phases) ou trois phases (démarreur progressif commandé

sur trois phases).

2. Types du second semi-conducteur polarisé inversement.

Si on choisit une diode, on parle alors d’un démarreur progressif commandé par demi-

alternance.

Si on choisit un thyristor, on parle alors d’un démarreur progressif commandé par

alternance complète.

Comme les différents types influencent différemment la tension et le courant, on peut

expliquer au moyen des trois schémas de principe qui suivent :

2.4.1 Démarreur progressif commandé par alternance complète sur une phase

Dans le démarreur commandé sur une phase, le découpage de phase est réalisé sur une

phase au moyen de deux thyristors placés tête-bêche (phase L2). Les phases L1 et L3

sont directement connectées au moteur.

Dans les phases L1 et L3, lors du démarrage, circule toujours un courant de 6 fois le

courant nominal du moteur. Il est possible de diminuer le courant à 3 fois le courant

nominal, seulement dans la phase commandée.

2.6

L1 L3L2

F1

Démarreur progressif

Commande sur une phase


En comparant cette méthode avec le démarrage direct, on constate que le temps

d’accélération est plus long mais que le courant moteur eff. n’est pas considérablement

réduit. La conséquence est que le même courant environ que pour le démarrage direct

circule à travers le moteur. Ce qui fait que le moteur s’échauffe. Comme une seule

phase est découpée, le réseau est chargé asymétriquement pendant la phase de

démarrage. Cette méthode correspond à la commutation KUSA classique.

Les démarreurs commandés sur une et deux phases sont principalement utilisés dans les

domaines de puissances allant jusqu’à 5,5 kW maximum. Ils sont seulement appropriés

pour éviter les chocs mécaniques dans le système. Le courant de démarrage du moteur à

courant alternatif n’est pas diminué avec cette méthode.

2.4.2 Démarreur progressif commandé par demi-alternance sur trois phases

Beim Dans le démarreur progressif commandé par demi-alternance sur trois phases, le

découpage de phase est appliqué sur les trois phases. Comme semi-conducteur de

puissance, un thyristor est monté tête-bêche avec une diode. Le découpage de phase se

fait donc uniquement en demi-alternance (commande par demi-alternance). Ainsi, la

tension n’est diminuée que lors de la demi-alternance, lorsque le thyristor est

conducteur. Lors de la deuxième demi-alternance, lorsque la diode est conductrice, la

tension réseau entière est appliquée au moteur.

Dans la demi-alternance non-commandée (diode) les pointes de courant sont plus

grandes que dans la demi-alternance commandée. Les oscillations harmoniques ainsi

générées entraînent un échauffement supplémentaire du moteur.

Comme les pointes de courant dans la demi-alternance non-commandée (diode) et les

oscillations harmoniques conséquentes sont critiques pour des grandes puissances, les

démarreurs progressifs commandés par demi-alternance ne sont utilisables efficacement

que jusqu’à environ 45 kW.

2.7

L1 L3L2

F1


Commande par demi-alternance


2.4.3 Démarreur progressif commandé par alternance complète surtrois phases

Dans ce type de démarreur, le découpage de phase se fait sur les trois phases. Comme

semi-conducteur de puissance on utilise deux thyristors montés tête-bêche. La tension

de phase est ainsi découpée dans les deux demi-alternances (commande alternance

complète). A cause des oscillations harmoniques créées lors du découpage de phases, le

moteur, par contre, est thermiquement plus sollicité avec le démarrage progressif

qu’avec le démarrage direct.

Les démarreurs progressifs commandés par alternance complète sur trois phases sont

utilisés pour des puissances allant jusqu’à environ 630 kW.

2.5 Charge thermique lors du démarrage

Ce graphique montre l’influence des différents types de démarreurs progressifs sur

l’échauffement supplémentaire du moteur par rapport au démarrage direct.

2.8

Ech

auffe

men

t d

u m

oteu

r

Temps de démarrage moteur

1 pôle

2 pôle

Demi-alternance

Alternance complète

4

3

2

11 2 3 4 5 6

Commande par alternance complète

Echauffement moteur

L1 L3L2

F1



Le point 1/1 représente l’échauffement du moteur après le démarrage direct. Sur l’axe X

se trouve le coefficient de multiplication du temps de démarrage et sur l’axe Y le

coefficient de multiplication de l’échauffement du moteur. Si par exemple on double le

temps de démarrage par rapport au démarrage direct,

• l’échauffement du moteur est multiplié par 1,75 pour le démarreur progressif

commandé sur une phase


commandé sur deux phases


commandé par demi-alternance

• on ne constate pratiquement aucun échauffement supplémentaire pour le démarreur

progressif commandé par alternance complète

Pour des temps de démarrage plus longs et pour des grandes puissances, seul le

démarreur progressif commandé par alternance complète est applicable.

2.6 Avantages du démarreur progressif• Grâce au démarrage lent, le démarreur progressif ménage le moteur et la machine.

• Le courant de démarrage est réduit ou peut être limité.

• Le couple est adapté à la charge correspondante.

• Pour les pompes, les ondes de pression au démarrage et à l’arrêt sont évitées.

• Les mouvements de retour et les chocs pouvant perturber un processus sont évités.

• L’usure des courroies, chaînes, entraînements et paliers est diminuée.

• Grâce aux différentes possibilités de commande, l’automatisation est facilitée.

2.7 Avantages pour le client2.7.1 Avantages mécaniquesAvec un démarrage direct, le moteur développe un couple de démarrage très important.

Normalement les valeurs des couples de démarrage sont de 150 à 300% celles du couple

nominal. Selon le type de démarrage et à cause du fort couple de démarrage, la

mécanique de l’entraînement peut être sollicitée exagérément (“contrainte mécanique”),

ou bien le processus de fabrication est perturbé par des chocs et des à-coups inutiles.

• Grâce à la mise en œuvre d’un démarreur progressif, on évite les chocs subis par les

parties mécaniques de la machine.

• La caractéristique de démarrage peut être adaptée à l’utilisation (par exemple

commande de pompe).

• Câblage moteur facilité (seulement 3 conducteurs).

2.9


2.7.2 Avantages électriquesLe démarrage d’un moteur à courant alternatif entraîne dans le réseau des appels de

courant importants (6 à 7 fois le courant nominal). Il peut en résulter d’importantes

chutes de tension qui perturbent les autres utilisateurs connectés sur ce réseau. Les

distributeurs d’électricité imposent donc des limites pour les courants de démarrage des

moteurs.

• Avec un démarreur progressif, il est possible de limiter le courant de démarrage du

moteur, pour autant qu’un couple de démarrage élevé ne soit pas nécessaire.

• Les charges sur le réseau sont alors diminuées.

• Diminution éventuelle des frais de connexion au réseau.

• Dans de nombreux cas, une limitation du courant de démarrage est imposée par le

distributeur d’électricité; les prescriptions correspondantes sont ainsi respectées.

2.8 Possibilités de mise en œuvreLes applications types sont :

• Ponts roulants, convoyeurs, mécanismes de roulement

• Mélangeurs, moulins, broyeurs

• Pompes, compresseurs, ventilateurs

• Entraînements avec réducteurs, chaînes, courroies, accouplements

Pompes :

Grâce à une commande spéciale de pompe, il est possible d’éliminer les chocs de

pressions qui se produisent au démarrage et à l’arrêt.

Compresseurs :

Pour les compresseurs, lors d’un démarrage étoile-triangle, la vitesse peut chuter à la

commutation. Avec un démarreur progressif, on obtient un démarrage continu sans

chute de vitesse.

Moteurs monophasés :

Si on veut exploiter un moteur monophasé avec un démarreur progressif, on peut utiliser

un démarreur progressif commandé par alternance complète sur une phase.

En général :

Pour des raisons économiques, le démarreur progressif remplace avantageusement la

commutation étoile-triangle pour les entraînements de grande puissance. Avant tout,

pour les applications avec des démarrages en charge (lorsque la charge ne peut pas être

raccordée après l’accélération), il est préférable d’utiliser le démarrage progressif à la

place de la commutation étoile-triangle.

2.10


2.9 Démarrage des pompes2.9.1 Comportement du courant et du couple avec démarrage

étoile-triangle

Le graphique montre les caractéristiques de couple et de courant avec démarrage étoile-

triangle en fonction de la vitesse. Dans cette application, un démarrage étoile-triangle

n’est pas approprié car on est en présence d’un démarrage en charge. Pendant la

commutation étoile-triangle, le courant chute à zéro et la vitesse est réduite selon chaque

application. La commutation en triangle entraîne ensuite un fort accroissement du

courant. Dans les réseaux faibles, des chutes de tension peuvent alors se produire.

Lors de la commutation en triangle, le couple moteur augmente également à une valeur

élevée qui sollicite toute la mécanique de l’entraînement. Lorsque les pompes travaillent

avec commutation étoile-triangle, un accouplement élastique mécanique est utilisé la

plupart du temps.

2.11

Courbes de courant étoile-triangle


2.9.2 Comportement de la vitesse avec démarreur progressif pour pompe

Avec le démarreur progressif, le moteur n’est pas accéléré de manière linaire; la courbe

de vitesse varie en forme de S. Grâce au démarrage lent, à l’accélération rapide et à

l’obtention retardée de la vitesse nominale, un démarrage optimal de la pompe est

assuré.

L’arrêt d’une pompe impose des contraintes élevées au démarreur progressif. La pompe

doit être ralentie de manière à ne pas provoquer d’ondes de pression. Le démarreur

progressif doit connaître la charge et la vitesse du moteur et adapter en conséquence ses

paramètres pour que le but recherché soit atteint.

2.9.3 Comparaison des courbes de couple

Ce graphique montre les caractéristiques de couple des différents processus de

démarrage. La courbe pour le démarrage progressif avec le module de pompe est

parallèle à la caractéristique de la pompe; un couple d’accélération constant est alors

obtenu.

2.12

Comportement vitesse avec démarreur progressif pour pompe

Courbes de couple


2.9.4 Comportement du flux lors du démarrage

Ce graphique montre le comportement du flux lors du démarrage avec les différents

procédés de démarrage. Avec le démarrage direct, la circulation du flux est très

rapidement accélérée. Lorsque le flux atteint 100%, l’accélération varie fortement. Des

ondes de pression pouvant provoquer d’importants dommages aux installations sont

générées.

Avec le démarreur progressif conventionnel, la variation de l’accélération est beaucoup

plus faible et donc les effets sont également atténués.

C’est uniquement avec le démarreur progressif avec un module de pompe spécial, que la

variation de l’accélération est si petite qu’aucune onde de pression n’est générée.

2.9.5 Comportement du flux lors de l’arrêt

Ce graphique montre le comportement du flux lors de l’arrêt avec les différentes

méthodes d’arrêt.

2.13

Comportement du flux lors du démarrage

Comportement du flux lors de l’arrêt


Lors de la décélération, la pompe s’arrête immédiatement. C‘est-à-dire que toute la

colonne d’eau tombe sur le clapet de non-retour. La mécanique est alors fortement

sollicitée, comme lors du démarrage direct. L’arrêt progressif conventionnel n’est pas

approprié pour l’application avec une pompe car la vitesse du flux n’est diminuée que

jusqu’à un certain degré et le même effet qu’avec l’“accélération” se produit.

Un freinage optimal du flux ne peut être obtenu qu’avec un arrêt de pompe “régulé”.

comme pour le démarrage, il est presque plus important qu’il n’y ait aucune onde de

pression lors de l’arrêt. Le démarreur progressif doit freiner lentement le flux, freiner

ensuite plus fortement puis freiner de nouveau lentement, avant la fermeture, de manière

à ce que le flux atteigne lentement la vitesse zéro.

2.9.6 Conditions pour un démarreur progressif pour pompeEn considérant que la hauteur de la colonne d’eau et la longueur de la conduite sont

différentes pour toutes les installations, il est nécessaire de programmer le démarreur

progressif en fonction de chaque cas. Le démarrage progressif doit s’adapter à chaque

application de façon à gérer le démarrage et l’arrêt de manière optimale.

2.9.7 Domaines d’applicationLes démarreurs progressifs avec le module de pompe sont cependant utilisés dans de si

nombreux domaines que nous ne pouvons en citer ici que quelques uns :

• Alimentations en eau • Industries minières

• Installations de décantation • Installations de soutirage de raffinerie

• Brasseries / laiteries • Fabrication de papier

• Chauffages à distance • Usinage du bois

• Piscines • Technologie HLK

• Production de boissons et d’aliments

• Installations de chimie et de pétrochimie

2.10 OptionsDifférentes options sont offertes pour les démarreurs progressifs :

• Arrêt progressif

• Commande de pompe

• Cycle préalable de démarrage

• Freinage intelligent

• Arrêt en 2 phases

• Cycle préalable de positionnement avec freinage

Ces options sont décrites plus en détail dans les catalogues des produits Allen-Bradley.

2.14


3 Convertisseur de fréquence

3.1 GénéralitésL’industrie exige des vitesses de production toujours plus élevées et des procédés plus

efficaces sont couramment développés pour des installations de production toujours plus

performantes. Les moteurs électriques sont des éléments importants de ces installations.

Pour cette raison, différentes méthodes pour faire varier la vitesse des moteurs

asynchrones à courant alternatif ont été développées. La plupart de ces méthodes

impliquent de grandes pertes de puissance ou des investissements importants. Avec le

développement des convertisseurs de fréquence les moteurs à courant alternatif

conventionnels peuvent être utilisés avantageusement pour des vitesses variables.

Un convertisseur de fréquence est un appareil électrique qui, en transformant la

fréquence et la tension en grandeurs variables, commande la vitesse des moteurs à

courant alternatif. Le moteur peut fournir alors un couple élevé à toutes les vitesses.

3.2 Construction

Le convertisseur de fréquence peut être subdivisé en trois parties principales.

Le redresseur :

Le redresseur est raccordé au réseau de courant alternatif et il fournit une tension

continue pulsée.

Circuit intermédiaire :

Le circuit intermédiaire stocke et lisse la tension continue pulsée.

Onduleur :

A partir de la tension continue, l’onduleur génère de nouveau un courant alternatif, avec

la fréquence et la tension voulues. Le moteur est connecté à la sortie de l’onduleur.

Circuit de commande :

L’électronique du circuit de commande peut recevoir et envoyer des signaux de, et en

direction du redresseur, du circuit intermédiaire et de l’onduleur. Les signaux sont

générés et exploités par un microprocesseur intégré dans l’appareil.

3.1

Principe de construction


3.2.1 Redresseur de tension réseau

Le redresseur se compose d’un circuit en pont qui redresse la tension du réseau. La

tension continue ainsi produite correspond toujours à la valeur de pointe de la tension de

réseau connectée (Ue x v √_2).

La grande différence entre un circuit en pont monophasé et un circuit en pont triphasé

est la tension continue pulsée engendrée. Dans la pratique, pour des raisons de coût, on

préfère la version monophasée pour des entraînements de petite puissance (jusqu’à

environ 2,2 kW). Pour des puissances plus importantes, cette version n’est pas

appropriée pour les raisons suivantes :

Le pont monophasé représente une charge pour le réseau.

L’ondulation de la tension continue est beaucoup plus importante que pour l’exécution

triphasée. Pour cette raison, le condensateur du circuit intermédiaire doit être plus

fortement dimensionné.

Le redresseur du convertisseur de fréquence comprend soit des diodes, soit des

thyristors. Le redresseur avec diodes est appelé un redresseur à commutation naturelle

et celui avec des thyristors, un redresseur à commutation forcée. Les ponts avec diodes

sont utilisés pour des puissances de moteur allant jusqu’à environ 22 kW.

3.2.1.1 Représentation de principe de la tension continue pulsée

3.2

Redresseurs de tension réseau

Redresseurs de tension réseau


3.2.2 Circuit intermédiaire

Le circuit intermédiaire peut être considéré comme un accumulateur dans lequel le

moteur puise son énergie, en passant par l’onduleur. Le condensateur C du circuit

intermédiaire stocke l’énergie côté réseau, ce qui nécessite une capacité importante. Le

moteur connecté au convertisseur de fréquence soutire l’énergie du circuit

intermédiaire, ce qui décharge partiellement le condensateur. La décharge du

condensateur ne peut se produire que si la tension du réseau est plus élevée que la

tension du circuit intermédiaire. L’énergie est ainsi tirée du réseau lorsque la tension du

réseau est au voisinage de son maximum. Des pointes de courant sont générées et elles

s’additionnent avec plusieurs convertisseurs de fréquence connectés en parallèle. Pour

cette raison, pour des puissances plus grandes (à partir d’environ 5,5 kW), une self est

montée dans le circuit intermédiaire. Cette self sert à réduire la durée de flux du courant

du côté réseau et elle diminue ainsi les pointes de courant.

3.2.3 Onduleur

L’onduleur est le dernier élément du convertisseur de fréquence avant le moteur. (Pour

des entraînements avec plusieurs moteurs, une protection supplémentaire avant le

moteur est nécessaire). Il change le courant continu en courant alternatif avec une

fréquence et une tension variables. Différents semi-conducteurs de puissance sont

utilisés : GTO (Gate Turn Off Thyristor – thyristor blocable), FET (Field Effect

3.3

Circuit intermédiaire courant continu

Onduleur IGBT


Transistor - transistor à effet de champ), IGBT (Insulate Gate Bipolar Transistor –

transistor bipolaire à grille isolée). Les convertisseurs de fréquence modernes sont

équipés la plupart du temps avec des transistors IGBT. La nouvelle génération de ces

semi-conducteurs permet de gérer des puissances allant jusqu’à environ 350 kW.

Comment peut-on maintenant passer d’un réseau de tension continue à un réseau de

tension alternative avec tension et fréquence variables? Les éléments de construction de

l’onduleur travaillent comme des commutateurs (commandés par microprocesseur) et

selon la fréquence, ils commutent la tension négative et la tension positive sur les

enroulements du moteurs. La variation de fréquence et de tension se fait dans la plupart

des convertisseurs de fréquence avec la modulation d’impulsions en durée MID (MLI).

3.2.3.1 Représentation de principe de la modulation d’impulsions en durée

3.3 Régimes de fonctionnement3.3.1 Relation fréquence - tension

En raccordant directement le moteur au réseau d’alimentation, on obtient les relations

de fonctionnement idéales pour le moteur. En faisant varier la tension, le convertisseur

de fréquence garantit une bonne approche de ces relations.

3.4

Modulation d’impulsions en durée

Caractéristique U/f


En standard, il y a une caractéristique U/f de 0 à 50 Hz, resp. 400 V. Lorsque la

fréquence augmente à plus de 50 Hz la tension n’augmente plus (tension du réseau). Le

moteur ne peut pas développer la puissance nominale et il ne peut donc plus être

sollicité à pleine charge.

Pour que la fréquence limite (normalement 50 Hz) soit plus élevée, le moteur doit être

dimensionné autrement.

230V - 50 Hz et 380 V - 87 Hz sont des rapports tension – fréquence normalisés. Le

moteur peut ainsi travailler avec la puissance nominale jusqu’à 87 Hz.

3.3.2 Accentuation de tension ou boost

La relation linéaire U/f est très mauvaise pour une petite fréquence (< 5 Hz). Le moteur

ne développe presque plus de couple, de sorte qu’il s’arrête. Pour éviter cela, il faut

appliquer une accentuation de tension ou “boost” pour des petites vitesses. Pour ce faire,

plusieurs possibilités sont à disposition de l’utilisateur selon chaque convertisseur de

fréquence:

Auto-boost :

L’accentuation de tension est déterminée par le logiciel du convertisseur de fréquence.

Ce type de boost recouvre la plus grande partie des applications.

3.5

Caractéristique U/f

Accentuation de tension


Boost DC :

Une tension fixe est superposée à la caractéristique U/f. Avec ce réglage, le couple

moteur maximal peut être développé. Il faut cependant observer que dans ce cas, le

courant moteur est relativement élevé.

3.3.3 Compensation du glissement

Lorsqu’un moteur asynchrone est chargé, sa vitesse diminue et le glissement augmente.

Si cette diminution de vitesse est indésirable, le convertisseur de fréquence permet une

compensation de glissement. C’est-à-dire que le convertisseur de fréquence augmente

automatiquement la fréquence de sortie de manière à ce que la vitesse ne diminue pas.

Normalement, cette compensation permet d’obtenir une précision de vitesse de l’ordre

de 0,5%.

3.3.4 Valeur de consigneLa valeur de consigne définit la fréquence de sortie et donc la vitesse du moteur. La

valeur de consigne peut être prise en compte par le convertisseur de fréquence de

différentes manières :

• au moyen d’un potentiomètre (normalement 10 kOhm)

• au moyen d’un signal analogique (0 à 10V ou 4 à 20 mA)

• au moyen d’une interface sérielle

• au moyen d’un réseau de communication

Il est également possible de programmer différentes valeurs de fréquence données dans

le convertisseur de fréquence et de les activer selon besoin au moyen d’entrées digitales.

3.3.5 CompensationDans le circuit du moteur circulent des courants réactif et actif. Le courant réactif oscille

entre la capacité du circuit intermédiaire et l’inductance du moteur et il ne charge donc

pas le réseau. Du côté réseau, seules la puissance réelle, les pertes de l’entraînement et

les pertes du convertisseur de fréquence sont tirées. Le cos phi du courant de réseau est

donc proche de 1. Dans la plupart des cas, une compensation de l’entraînement peut être

évitée.

3.6

Compensation du glissement


3.3.6 Protection moteurLes convertisseurs de fréquence comportent d’habitude une protection électronique de

moteur intégrée. Une protection supplémentaire n’est en principe pas nécessaire. Elle

est prévue pour des applications spéciales, comme par exemple pour un convertisseur de

fréquence alimentant plusieurs moteurs. Sur une installation appelée à travailler

régulièrement à basse vitesse, le ventilateur d’un moteur standard (monté sur l’axe du

moteur) ne garantit pas un refroidissement optimal des enroulements. Dans ce cas, un

ventilateur extérieur doit être installé. Pour une protection maximale, des sondes de

température comme par exemple des thermistors (PTC) doivent être incorporés dans les

enroulements du moteur.

3.3.7 Changement du sens de rotation et freinageComme dans un convertisseur de fréquence le champ tournant est généré

électroniquement, il suffit d’une instruction de commande pour changer le sens de

rotation.

Lorsque le moteur tourne, si la fréquence est réduite, le rotor tourne alors plus vite que

le champ tournant. Le moteur tourne en régime sur-synchrone et fonctionne comme un

générateur. De l’énergie provenant du moteur est stockée dans le circuit intermédiaire

du convertisseur de fréquence. Seule une énergie limitée peut être dissipée de sorte que

l’énergie en excès entraîne une augmentation de tension. Si la tension dépasse une

certaine valeur, le convertisseur de fréquence se met hors circuit. Pour éviter cela,

l’énergie doit être dissipée, ce qui peut être réalisé de différentes manières.

Modulateur de freinage :

L’énergie est éliminée par une résistance, au moyen de l’électronique.

Retour :

L’énergie est de nouveau stockée dans le réseau au moyen d’un onduleur séparé.

3.7

Modulateur de freinage


Bus courant continu:

En présence de plusieurs moteurs entraînés par des convertisseurs de fréquence dont les

circuits intermédiaires sont connectés ensemble, l’énergie restituée par le freinage des

uns est utilisée pour le fonctionnement des autres.

3.4 Avantages du convertisseur de fréquence Economie d’énergie :

L’énergie est économisée car le moteur tourne avec une vitesse correspondant à son

besoin momentané. Ceci est particulièrement valable pour les pompes et les

ventilateurs. La consommation de courant est également moindre pour une vitesse plus

faible et un couple plus élevé.

Optimisation des processus :

L’adaptation de la vitesse au processus de production apporte plusieurs avantages tels

que production efficace et utilisation optimale des installations. La vitesse peut être

adaptée de manière optimale à des conditions spéciales.

Fonctionnement souple du moteur :

Le nombre de démarrages et d’arrêts est réduit. On évite ainsi une sollicitation

importante inutile des pièces mécaniques.

Frais d’entretien réduits :

Le convertisseur de fréquence ne nécessite aucun entretien.

Environnement de travail amélioré :

La vitesse d’un convoyeur peut être adaptée à la vitesse de travail. Des démarrages et

des arrêts plus lents évitent que les produits transportés soient éjectés de la bande.

3.5 Perturbations fréquence radio3.5.1 GénéralitésTout courant et toute tension qui s’écarte de la forme sinusoïdale propre comporte des

oscillations harmoniques. Leur fréquence dépend de la raideur du gradient de courant ou

de tension.

Si, par exemple un contact est fermé, le courant augmente soudainement (avec une

pente très raide) de zéro jusqu’à la valeur nominale. Dans une radio, ceci est perçu

comme un grésillement. Une impulsion de bruit isolée n’est pas perçue comme

perturbatrice. Comme les semi-conducteurs d’un convertisseur de fréquence

fonctionnent comme des “contacts”, ces éléments envoient des tensions perturbatrices

de fréquence radio. A cause de la fréquence de commutation relativement élevée (2 à 8

kHz environ), les autres appareils électroniques sont perturbés.

3.8


Les perturbations radio (RFI: Radio Frequency Interferences) sont définies comme des

oscillations avec une fréquence entre 150 kHz et 30 MHz. Elles sont propagées par les

conducteurs ou par rayonnement. L’importance des perturbations dépend de différents

facteurs :

• Les différences d’impédance dans le réseau d’alimentation

• La fréquence de commutation de l’onduleur

• La fréquence de la tension de sortie

• La construction mécanique du convertisseur de fréquence

3.5.2 Normes

Dans différents pays, il existe des normes pour déterminer la valeur admissible des

perturbations radio par appareil. En considérant les différentes normes, on voit que la

plupart sont identiques. Fondamentalement deux niveaux sont déterminés: une courbe

pour les exécutions industrielles (EN 50081-2) et une autre courbe pour les usages

professionnels (EN 50081-1).

3.9

Norme RFI


3.5.3 Mesures correctivesLes perturbations radio sont normalement véhiculées par rayonnement ou par les

conducteurs. Les mesures correctives ne sont alors efficaces que si elles sont incluses

dans les prescriptions d’installation. Il faut particulièrement faire attention au

dimensionnement du raccordement à la terre. Le convertisseur de fréquence et le filtre

doivent être fixés sur la même plaque de montage conductrice.

Rayonnement :

Si le convertisseur de fréquence est intégré dans un boîtier métallique mis à la terre, le

rayonnement ne pose alors pas de problèmes.

Conducteurs vers le convertisseur de fréquence :

Les normes strictes ne peuvent être respectées que si un filtre RFI est installé. Une

bobine de circuit intermédiaire peut cependant suffire, rendant superflu l’emploi d’un

filtre.

Câbles moteur :

Dans le câble du moteur, les perturbations radio peuvent aussi être limitées par un filtre

RFI.

Les filtres doivent cependant être relativement importants et avoir une grande puissance

de dissipation. Pour cette raison, il est habituel de limiter les perturbations radio dans les

câbles au moyen d’un blindage.

3.10

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Moteur, entraînement

4 Comparaison des procédés de démarrage

Publication WP-Start, FR, Janvier 1998

Composants Disjoncteursbasse tension: Contacteurs et démarreurs

Protections moteursCommande de moteur centralisée (MCC)Analyseur de réseauCommutateurs et interrupteurs de chargeUnités de commande et de signalisationRelais débrochables et/ou temporisésContacteurs auxiliaires

Détecteurs Capteurs photo-électriquesDétecteurs de proximitéInterrupteurs de fin de courseRéglages de pression et de températureIdentification de fréquence radioCode à barresCodeursSystèmes de vision

Interfaces Bornes de connexionopérateurs: Systèmes de connexion pour PLC

Disjoncteurs

Commande de Variateurs c.a. et c.c.mouvement: Variateurs système

Commande numérique d’ordinateurCommande de mouvement polyvalente

Logique: Automates programmablesE / S universellesTraitement de contrôle et d’informationRelais

Produits de Réseau de contrôle d’automatmecommunication: Connectivité multivendeur (MAP)

Systèmes Systèmes de commande orientés clientapplicatifs: Contrôle par lot

Systèmes de gestion de transfertContrôle de fabrication discrète réparti Contrôle de moulage à injectionSCADASystèmes de commande de presses à estamper

Gestion qualité: Collecte et analyse de données SPC / SQC

Services de Formation techniquesupport global: Support technique et service sur site

Services de réparation et d’échange

Plus de 500’000 façons d’améliorer vos systèmes d’automatisation

Siège mondial de Rockwell Automation • 1201 South Second Street • Milwaukee, WI 53204 USA • Tél. (1) 414 382-2000 • Fax (1) 414 382-4444Siège européen de Rockwell Automation • 46, avenue Herrmann Debroux • 1160 Bruxelles, Belgique • Tél. (32)-(0) 2 663 06 00 • Fax (32)-(0) 2 663 06 40Siège Asie Pacifique de Rockwell Automation • 27/F Citicorp Centre • 18 Whitfield Road • Causeway Bay • Hong Kong • Tél. (852) 2887 4788 • Fax (852) 2508 1846World Wide Web: http://www.ab.com

France: 36 avenue de l’Europe, 78941 Vélizy Cedex, Tél. (33)-(0)1-30 67 72 00, Fax (33)-(0)1-34 65 32 33Belgique: De Kleetlaan 2b, 1831 Diegem, Tél. (32) 2 718 84 11, Fax (32) 2 725 07 24Suisse: Gewerbepark, Postfach 64, 5506 Mägenwil, Tél. (41) 62 889 77 77, Fax (41) 62 889 77 66Canada: 135 Dundas Street, Cambridge, Ontario N1R 5X1, Tél. (519) 623 18 10, Fax (519) 623 89 30

Agences régionales France –Bordeaux: 1, Allée Léonard de Vinci, 33600 Pessac, Tél 05 57 26 05 90, Fax 05 57 26 05 99Clermont-Ferrand: 158 avenue Léon Blum, 6300 Clermont-Ferrand, Tél. 04 73 28 62 64, Fax 04 73 28 62 60Lille: 4 avenue de la Marne, Immeuble Le Cartelot, 59290 Wasquehal, Tél. 03 20 89 33 00, Fax 03 20 89 33 01Lyon: Les Bureaux du Parc, 56 bd du 11 Novembre, 69160 Tassin la Demi-Lune, Tél. 04 72 38 10 00, Fax 04 78 34 59 90Nantes: 16, Impasse des Jades, 44088 Nantes Cedex 03, Tél. 02 51 89 18 00, Fax 02 51 89 90 50Strasbourg: 9A, rue du Parc – Valparc, Oberhausbergen, 67088 Strasbourg Cedex 2, Tél. 03 88 56 86 96, Fax 03 88 56 39 59

Allen-Bradley, Sprecher+Schuh, Reliance Electric, Electro-Craft, Dodge, le Cycle de Vie d’investissements en Automatisation et son symbole sont des marques commerciales de Rockwell International Corporation.

notions fondamentales sur le démarrage des moteurs

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