Au démarrage direct, un moteur asynchrone appelle 5 à 8 fois son courant nominal : les lampes du quartier baissent et les protections peuvent sauter. L'Exetat demande de choisir le bon couplage d'après la plaque, de comparer les procédés de démarrage, et de connaître l'inversion de sens, le freinage et le moteur à deux vitesses.
L'essentiel
- Lire la plaque « U1/U2 » : la petite tension U1 est celle que supporte un enroulement (couplage triangle), la grande U2 = √3 × U1 est celle du couplage étoile. On couple en triangle si la tension entre phases du réseau vaut U1, en étoile si elle vaut U2. Sur un réseau 3 × 400 V : moteur 230/400 V en étoile, moteur 400/690 V en triangle.
- Démarrage étoile-triangle : on démarre en étoile, puis un relais temporisé passe en triangle quand le moteur a presque atteint sa vitesse. Il n'est possible que si le moteur marche normalement en triangle sur le réseau (plaque 400/690 V sur 400 V). En étoile, chaque enroulement reçoit U/√3 : le courant de ligne ET le couple sont divisés par 3. Il convient aux machines qui démarrent peu chargées.
- Démarrage sous tension réduite à la fraction k de la tension du réseau : le couple est toujours multiplié par k² (il varie comme le carré de la tension). Avec des résistances statoriques, le courant au réseau est multiplié par k ; avec un autotransformateur, le courant au réseau est multiplié par k² (le moteur reçoit k × I direct, et le transformateur réduit encore ce courant côté réseau).
- Démarrage rotorique (moteur à bagues) : on insère toutes les résistances dans le rotor au départ, puis on les élimine par étapes jusqu'au rotor en court-circuit. C'est le seul procédé qui limite le courant tout en AUGMENTANT le couple de démarrage, d'où son usage en levage. Le démarrage direct donne le plus fort courant d'appel (et le plus fort couple).
- Inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé : on permute DEUX phases (l'ordre 1-2-3 devient 1-3-2). Une permutation circulaire des trois ne change rien. Les deux contacteurs avant et arrière sont verrouillés par des contacts à ouverture croisés (et souvent mécaniquement), car fermés ensemble ils court-circuiteraient deux phases.
- Freinage par contre-courant : on inverse deux phases pendant que le moteur tourne. Le rotor tourne alors contre le champ : g = (ns + n)/ns = 2 − g, plus grand que 1. Un relais centrifuge (tachymétrique) coupe l'alimentation quand la vitesse devient presque nulle, sinon le moteur repart dans l'autre sens.
- Frein électromagnétique « à manque de courant » : un ressort serre le frein en permanence et la bobine, alimentée avec le moteur, le desserre. En cas de coupure, la charge reste retenue : c'est la sécurité positive, obligatoire en levage.
- Moteur à deux vitesses Dahlander : un seul enroulement dont on change les connexions. Petite vitesse : triangle, nombre de pôles double ; grande vitesse : double étoile (YY). Le rapport des vitesses vaut toujours 2 (1 500 et 3 000 tr/min à 50 Hz pour 4 et 2 pôles). Plus de pôles = vitesse plus faible.
Les formules
- Étoile-triangle
- I étoile = I direct/3 ; C étoile = C direct/3
- courant de ligne
- Tension réduite (fraction k)
- C = k² × C direct
- quel que soit le procédé
- Résistances statoriques
- I réseau = k × I direct
- k : fraction de tension
- Autotransformateur
- I moteur = k × I direct ; I réseau = k² × I direct
- k : rapport de l'autotransformateur
- Résistance rotorique de démarrage
- R totale = R2/(gn × Cd/Cn)
- zone linéaire, C ∝ g/R
- Couple de démarrage direct
- Cd = Cn × (Id/In)² × gn
- loi C ∝ I²/g
- Glissement en contre-courant
- g′ = (ns + n)/ns = 2 − g
- g′ > 1
La méthode
- 1Lis la plaque et la tension entre phases du réseau : choisis le couplage (petite tension = triangle).
- 2Si l'on demande l'étoile-triangle, vérifie que le moteur fonctionne en triangle sur ce réseau, puis divise courant de ligne et couple par 3.
- 3Pour une tension réduite à k (en fraction), multiplie le couple par k² ; multiplie le courant au réseau par k (résistances) ou par k² (autotransformateur).
- 4Pour un démarrage rotorique, écris le rapport des couples avec C ∝ g/R (g = 1 au démarrage) et isole la résistance TOTALE ; retire R2 seulement si l'on demande la résistance à ajouter.
- 5Pour le sens et le freinage, pense « deux phases permutées » et « g = 2 − g » ; pour la sécurité, pense « une panne doit mettre en état sûr ».
Un exemple résolu
Un moteur à cage porte la plaque 400/690 V. En démarrage direct sur un réseau 3 × 400 V, il appellerait 210 A avec un couple de 120 N·m. Quel couplage en marche normale ? Compare le courant au réseau et le couple au démarrage en étoile-triangle, puis par autotransformateur réglé à 70 % de la tension.
- 1.Le réseau donne 400 V entre phases, c'est la petite tension de la plaque : le moteur se couple en triangle. Le démarrage étoile-triangle est donc possible.
- 2.Étoile-triangle : courant au réseau = 210/3 = 70 A ; couple = 120/3 = 40 N·m.
- 3.Autotransformateur, k = 0,7 : k² = 0,49.
- 4.Courant dans le moteur : 0,7 × 210 = 147 A ; courant au réseau : 0,49 × 210 ≈ 103 A.
- 5.Couple : 0,49 × 120 ≈ 58,8 N·m.
Réponse : Couplage triangle. Étoile-triangle : 70 A et 40 N·m. Autotransformateur à 70 % : environ 103 A au réseau et 58,8 N·m.
Les pièges à éviter
- Diviser par √3 au lieu de 3 en étoile-triangle (pour 120 A et 90 N·m en direct : 69 A et 52 N·m au lieu de 40 A et 30 N·m) : le courant de ligne et le couple sont divisés par 3.
- Faire varier le couple comme la tension (80 % de tension = 80 % de couple) : c'est le carré, 0,8² = 64 %.
- Choisir un moteur 230/400 V pour un étoile-triangle sur 400 V : il est couplé en étoile en permanence et grillerait en triangle.
- Pour l'autotransformateur, donner le courant dans le moteur (k × I) au lieu du courant au réseau (k² × I).
- Permuter les trois phases pour inverser le sens, ou croire qu'en contre-courant le glissement vaut 1 : il vaut 2 − g.
À retenir
Petite tension de plaque = triangle ; étoile-triangle divise courant et couple par 3 ; à tension réduite k, le couple est multiplié par k² ; on inverse le sens en permutant deux phases.