Démarrage étoile triangle d'un moteur électrique asynchrone triphasé

Lors d'un démarrage étoile-triangle, la machine est d'abord connectée au réseau avec un couplage étoile, puis une fois démarrée, on passe sur couplage triangle.

Le système est très utilisé pour la mise en route des moteurs électriques triphasés afin d'éviter les surintensités au démarrage. Dans un démarrage direct, l'intensité du courant est très importante vis à vis du courant nominal du moteur (environ 5 à 7 fois l'intensité nominale). Sur les gros moteurs ces courants importants sur les lignes d'alimentation (fils, câbles, bornes) et sur les appareils de protection et de commande (fusible, sectionneur, contacteur, relais thermique...) provoquent une usure, voir une destruction prématurée des composants du démarreur.

Au démarrage, il faut vaincre l'inertie qui disparaîtra dés que le moteur sera lancé.

Pour réduire l'intensité au démarrage du moteur, la loi d'Ohm (U = R x I d'où I = U/R) ne nous permet qu'une seule alternative: la résistance (l'impédance en alternatif) est liée à la structure des bobinages et ne peut changer, c'est une diminution de la tension aux bornes des bobinages qui permettra une diminution de l'intensité au démarrage.

Rappelons la structure électrique d'un moteur asynchrone triphasé :

Le moteur asynchrone triphasé (Fig1) est formé d'un :

- Stator : la partie fixe du moteur (A). Il comporte trois bobinages (ou enroulements) qui peuvent être couplés en étoile (Y) ou en triangle (Δ) selon le réseau d'alimentation.

- Rotor : la partie tournante du moteur (B). Cylindrique, il porte soit trois bobinages accessibles par trois bagues et trois balais, soit une cage d'écureuil (A) à base de barres conductrices en aluminium. La cage d'écureuil doit être démontée pour être accessible.

Dans les deux cas, le circuit rotorique est mis en court-circuit (par des anneaux sur la cage ou par un rhéostat raccordé aux trois bagues du rotor bobiné.

Quel que soit le type de moteur, la plaque à borne est normalisée et se présente comme la (Fig2).

Les arrivées du courant se font toujours en U V W.

Le couplage en étoile (symbole Y) est réalisé en plaçant les barrettes de couplage entre Z X et Y (Fig3A).

Pour le couplage triangle (symbole Δ) les trois barettes sont placées verticalement afin de connecter U à Z, V à X et W à Y (Fig4A).

Ici, les trois bobines de la (Fig2) reliées donnent le schèma de la (Fig4B)

Le démarrage étoile triangle doit se faire en deux temps :

1 - couplage des enroulements en étoile et mise sous tension.

2 - suppression du couplage étoile immédiatement suivie de la mise en couplage étoile.

Explication du processus :

Données : Moteur asynchrone triphasé - Tension d'alimentation entre phases = 400 V

Démarrage par contacteurs

Le couple et la puissance maximum du moteur ne peut s'exploiter que s'il est branché en triangle, c'est-à-dire tension maximum aux bornes de chacune des trois bobines afin d'y obtenir le courant maximum prévu.

Au démarrage le moteur est couplé en étoile.

La tension appliquée aux bornes de chaque bobine est réduite, soit U : 1,732 ou 400V : 1,732 = 230V.

L'intensité absorbée sera proportionnelle à la tension appliquée, c'est-à-dire beaucoup moindre que celle exigée par le moteur démarrant directement en triangle. La valeur de la pointe d'intensité n'atteint en général que deux fois l'intensité nominale mais elle ne permettra qu'un couple de démarrage en général de 0,5 fois le couple nominal. Le moteur ne pourra démarrer en charge.

Dans un premier temps, la commande d'un contacteur permet (Fig.5) les connexions équivalentes à la (Fig.3).

Le moteur lancé, le couplage triangle sera lancé après une coupure très brève.

Au passage en triangle , un deuxième appel de courant se manifeste; il est fonction de la durée du couplage étoile et peut atteindre la valeur de pointe du démarrage direct. Cette pointe de très courte durée provient du fait que les force électromotrices qui subsistent au stator lors du couplage triangle ne sont pas nécessairement en opposition de phase avec la tension de ligne. Le couple subit une forte pointe pour retomber rapidement à sa valeur nominale.

Dans ce second temps le contacteur triangle (Fig.6)a pris le relais et permet de remplacer les barrettes verticales de la (Fig.4).

Par contacteur mécanique :

Le commutateur étoile-triangle est souvent combiné avec l'interrupteur du réseau et peut aussi la possibilité d'inverser le sens de marche comme celui de la (Fig.7).

Le commutateur est relié aux conducteurs d'alimentation R, S, T venant du réseau (Fig.8). Une première rotation vers (Y) permet de relier entre elles les bornes X,Y,Z (Fig.8a et c). Le moteur lancé, le commutateur est placé dans la seconde position qui permettra de connecter chaque bobine sous la tension entre phases (Fig.8b et d).

Schéma de puissance (Fig9) :

Sur le circuit de puissance (Fig.9)

Conditions pour démarrer le moteur en étoile (Y) :

Le disjoncteur Q1 enclenché, KM1 au travail KM3

Au repos et KM2au travail.

Conditions pour passer au système triangle (Δ)

Q1 enclenché, KM1 ouvert, KM2 fermé et KM3 fermé

Ces conditions sont assurées l'une après l'autre ; elles s'expliquent par le schéma de commande.

Schéma de commande (Fig10) :

L'alimentation est prise entre deux phases ou sur une source indépendante souvent en basse tension.

Q1 enclenché, une impulsion sur le BP marche S2 met le KM1 sous tension qui modifie la position de ses contacts. Les contacts principaux NO de KM1 fermés vont permettre les connexions entre les bornes U2, V2 et W2 du moteur, un autre contact NO ferme aussi le passage du courant alimentant KM2 tandis qu'un NF s'ouvre et empêche le passage du courant vers KM3.

KM1 et KM2 fermés le moteur démarre en Y.

Le temps des temporisations écoulé, le moteur a pris de la vitesse et la bobine KM1 n'est plus alimentée; le contact NF KM2 retardé à l'enclenchement s'est ouvert au même moment que le NO KM2 à enclenchement retardé s'est fermé et a lissé passer le courant vers KM3 en passant par KM1 qui est revenu au repos.

Le KM2 reste au travail par un de ses contacts NO au travail. KM1 au repos, KM2 et KM3 sous tension, les deux bobines sont chacune entre deux phases différentes, c'est-à-dire en fonctionnement triangle (Δ)

Une impulsion sur le bouton poussoir S1 coupe le moteur.