Si vous avez spécifié des équipements de commande de moteur, vous avez rencontré des démarreurs progressifs. Mais comment fonctionnent-ils exactement - et pourquoi sont-ils plus efficaces que les autres solutions pour une large gamme d'applications industrielles ? Ce guide explique le principe de fonctionnement, les composants impliqués et ce qui se passe réellement à l'intérieur d'un démarreur progressif, depuis le moment où vous appuyez sur "start" jusqu'au moment où le moteur atteint sa vitesse maximale.
Pour comprendre la raison d'être des démarreurs progressifs, il faut commencer par le problème qu'ils résolvent.
Lorsqu'un moteur à induction triphasé est connecté directement à l'alimentation avec un démarrage direct en ligne (DOL), il absorbe un courant d'appel de 600 à 800 % de son courant de pleine charge (FLA) pendant les premières secondes d'accélération. Pour un moteur de 90 kW avec un FLA de 160 A, cela signifie un courant d'appel de 960 à 1 280 A circulant dans vos câbles, votre appareillage de commutation et votre transformateur pendant 8 secondes. Au même moment, l'arbre du moteur subit une application de couple instantanée, un choc mécanique à travers l'accouplement et dans la charge entraînée.
Les conséquences :
Un démarreur progressif résout ces problèmes en utilisant des thyristors, plus précisément des redresseurs commandés au silicium (SCR). Un démarreur progressif triphasé typique contient trois paires de SCR, une paire par phase, connectées en antiparallèle (un SCR gère le demi-cycle positif, l'autre le négatif). Cela permet un contrôle bidirectionnel complet de la tension de chaque phase.
La principale propriété d'un SCR est qu'il ne conduit le courant que pendant la partie du cycle de courant alternatif qui suit son déclenchement par une impulsion de porte. En ajustant le moment de cette impulsion de porte, l'"angle d'amorçage" (α), le démarreur progressif contrôle la quantité de chaque demi-cycle fournie au moteur.
Étape 1 : Tension initiale (piédestal)
Au moment du démarrage, l'angle d'allumage est réglé sur une valeur élevée (à la fin du demi-cycle), ne délivrant qu'une petite partie de la tension d'alimentation au moteur. Cette tension initiale est appelée "socle de tension" ou "tension de démarrage" et est généralement réglée entre 20 et 40 % de la tension d'alimentation totale. À ce niveau, le moteur commence à développer un couple, mais le courant est limité à un maximum défini par l'utilisateur (généralement 2-4× FLA au lieu de 6-8× FLA pour DOL).
Étape 2 : Rampe de tension
Pendant le temps de rampe programmé (généralement de 5 à 30 secondes), l'angle d'amorçage est progressivement réduit, ce qui signifie que les SCR fonctionnent pendant une partie de plus en plus importante de chaque demi-cycle. La tension efficace délivrée au moteur augmente progressivement depuis le socle initial jusqu'à la pleine tension d'alimentation. Au fur et à mesure que la tension augmente, le couple disponible augmente et le moteur accélère la charge en douceur, sans la secousse mécanique d'un démarrage DOL ou étoile-triangle.
Étape 3 : Dérivation et fonctionnement à pleine vitesse
Lorsque le moteur atteint sa vitesse maximale (détectée par la chute du courant au niveau du courant de fonctionnement), le démarreur progressif active son by-pass. Dans la plupart des démarreurs progressifs modernes, il s'agit d'un contacteur de dérivation interne qui se ferme pour créer un chemin électrique direct autour des SCR, qui cessent alors complètement de fonctionner. Certains modèles utilisent un contacteur de dérivation physique qui connecte le moteur directement à l'alimentation, ce qui élimine complètement les SCR du chemin électrique.
Dans les deux cas, le résultat est le même : le moteur fonctionne à pleine tension et à pleine fréquence, sans perte de SCR dans le circuit en régime permanent. La consommation électrique du démarreur progressif en cours de fonctionnement est négligeable.
Étape 4 : Arrêt progressif
Lorsque la commande d'arrêt est émise, le démarreur progressif inverse le processus. Le by-pass s'ouvre, les SCR reprennent le contrôle et l'angle d'amorçage est progressivement augmenté, réduisant la tension délivrée au moteur pendant la durée de la rampe de décélération programmée. Le moteur décélère en douceur, le débit de la pompe diminue progressivement et le clapet anti-retour se ferme contre un débit proche de zéro, ce qui élimine totalement les coups de bélier.
Les démarreurs progressifs modernes offrent deux modes de contrôle pour le démarrage :
Un démarreur progressif contrôle la tension, pas la fréquence. La fréquence de sortie étant toujours égale à la fréquence d'alimentation (50 Hz ou 60 Hz), le moteur ne peut tourner qu'à sa vitesse synchrone nominale et ne peut pas tourner à vitesse réduite dans des conditions de fonctionnement normales. Si votre application nécessite une vitesse variable, vous avez besoin d'un variateur de fréquence (VFD). Pour les applications à vitesse fixe, un démarreur progressif est la solution la plus rentable et la plus fiable.
Au-delà du démarrage et de l'arrêt, les démarreurs progressifs modernes intègrent une suite complète de fonctions de protection du moteur qui éliminent le besoin d'un relais de protection séparé :
Cette intégration fait du démarreur progressif une solution complète de gestion du moteur plutôt qu'un simple dispositif de démarrage progressif, éliminant ainsi un relais de protection séparé et simplifiant la conception globale du panneau de commande.
Le paramètre fondamental de dimensionnement d'un démarreur progressif est le courant de pleine charge (FLA) du moteur, et non sa puissance nominale en kW. Choisissez un démarreur progressif dont le courant nominal est égal ou supérieur au courant de pleine charge du moteur. Pour les applications lourdes avec de longs temps d'accélération (concasseurs, broyeurs, convoyeurs chargés), sélectionnez la hauteur d'axe supérieure afin de disposer d'une marge thermique.
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