Prendre un bon départ

56 Revue ABB 1/2002
i vous êtes skieur, vous connaissez
le désagrément du départ brutal du
remonte-pente. Le même problème, mais
à une autre échelle, coûte des millions de
dollars aux industriels chaque année: de
très nombreux moteurs à courant alterna-
tif (c.a.) – utilisés pour entraîner des ven-
tilateurs, broyeurs, agitateurs, pompes,
convoyeurs, etc. – sont jour et nuit sou-
mis à des pointes de charge dans les usi-
nes du monde entier.
Ces démarrages brusques et par à-
coups des moteurs c.a. sont source de
nombreux problèmes, notamment:
n Problèmes électriques liés aux surinten-
sités transitoires du fait des modes de
démarrage direct ou étoile-triangle. Ces
transitoires peuvent perturber le réseau
électrique du site et provoquer des varia-
tions de tension dommageables pour les
autres équipements électriques raccordés
au réseau,
n Problèmes mécaniques qui imposent
de fortes contraintes à l’ensemble des
éléments constitutifs de la chaîne ciné-
matique, du moteur à la machine entraî-
née,
n Problèmes d’exploitation comme les
coups de bélier dans la tuyauterie,
la détérioration des produits sur les ban-
des transporteuses, ou encore des ascen-
seurs aux démarrages et aux arrêts
brusques.
S
Depuis l’apparition des premiers moteurs électriques, les ingénieurs tentent
d’éviter leurs démarrages brusques et violents. Plusieurs solutions
ont été élaborées au cours des années, mais toutes avaient leurs
inconvénients. C’est seulement avec l’avènement du
démarreur progressif que des démarrages en
douceur et sans à-coups devinrent possibles
sans aucun des inconvénients des solutions
précédentes. Aujourd’hui, ABB propose une
nouvelle génération de démarreurs progressifs
associant électronique de puissance et circuits
intelligents pour la commande haute précision du
courant et de la tension pendant la phase de démarrage
du moteur avec quelques fonctions supplémentaires.
De nouveaux démarreurs
électroniques progressifs pour
les moteurs électriques
Prendre un bon départ
Sören Kling

Revue ABB 1/2002 57
Les conséquences financières sont
considérables: chaque problème tech-
nique, chaque panne coûte cher – il faut
réparer et arrêter la production. Pour un
industriel, ces arrêts sont les plus coûteux.
Un éternel problème
Le problème du démarrage des moteurs
électriques existe depuis toujours; plu-
sieurs solutions ont été élaborées et mises
en œuvre.
Démarreur étoile-triangle
Une première solution fut le démarreur
étoile-triangle. Pendant le démarrage, les
enroulements statoriques du moteur sont
couplés en étoile entre les conducteurs de
phase et le neutre du réseau, réduisant
ainsi la tension moteur – et donc le cou-
rant moteur – par un facteur de 1/
√¯¯¯
3
.
Dès que le moment d’inertie principal est
vaincu, les enroulements du moteur sont
couplés en triangle entre les conducteurs
de phase du réseau pour atteindre la ten-
sion et la puissance assignées du moteur.
Cependant, ce type de démarreur ne sup-
prime pas les transitoires mécaniques et
électriques préjudiciables; il ne fait que
les atténuer légèrement en les décalant
dans le temps, d’une part, lors de la mise
sous tension initiale et, d’autre part, lors
du passage d’étoile en triangle.
Cela est vrai pour des conditions nor-
males d’exploitation; malheureusement,
dans d’autres cas, le passage d’étoile en
triangle peut avoir des effets plus néfastes
que le démarrage direct.
Pour toutes ces raisons, le démarreur
étoile-triangle constitue une solution sim-
ple mais limitée au problème d’appel de
courant et d’à-coups au démarrage.
Moteur à bagues
Autre solution: le moteur à bagues qui est
démarré avec une résistance raccordée au
rotor via un dispositif à bagues. Ainsi, le
courant de démarrage peut être réduit
tout en maintenant le couple moteur au
niveau requis pour démarrer la charge.
Pendant le démarrage et la montée en
vitesse du moteur, la résistance rotorique
est progressivement réduite. Dès que la
résistance de démarrage est complète-
ment hors circuit, le moteur peut accélé-
rer jusqu’à sa pleine vitesse. A ce stade,
les enroulements rotoriques sont court-
circuités, le moteur fonctionnant alors
comme un moteur à cage d’écureuil clas-
sique.
L’avantage du moteur à bagues est le
couple élevé obtenu avec un courant de
démarrage limité. Cette solution convient
plus particulièrement aux applications
avec charge à fort couple résistant (ex.,
broyeurs et laminoirs). Son inconvénient:
sa structure électromécanique complexe
comprenant balais, bagues, résistances et
contacteurs qui augmentent les coûts
(notamment maintenance) et réduisent la
fiabilité.
Convertisseur de fréquence
Le convertisseur de fréquence offre des
performances techniques supérieures aux
deux solutions précédentes car il permet
1
VI
Direct Direct DirectEtoile/triangle
Etoile/
triangle
Etoile/
triangle
Tension moteur Courant moteur
Progressif
Progressif
Progressif
100%
58%
70%
30%
Pente de
rampe réglable
tn
T
Couple moteur
n
Courbes comparatives des différents modes de démarrage (direct, étoile-triangle et progressif) en termes de tension
moteur (V), courant moteur (I) et couple moteur (T).
n Vitesse moteur
t Temps
1

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une commande et une régulation précises
de toutes les variables concernées (vites-
se, couple et puissance) sur l’ensemble du
cycle de fonctionnement du moteur,
depuis son démarrage jusqu’à son arrêt.
Autre avantage important: il ne comporte
aucune pièce mobile. Sa fiabilité est donc
élevée et sa maintenance minimale.
Mais cette solution a l’inconvénient
d’exiger un investissement de départ rela-
tivement élevé, ce qui l’exclut de nom-
breuses applications, plus particulière-
ment celles où aucune action de com-
mande ou de régulation n’est requise en
cours de fonctionnement normal.
Cependant, les convertisseurs de fré-
quence gagnent du terrain au fur et à
mesure que les performances de cette
technologie s’améliorent et que les prix
chutent. Aujourd’hui, ils ont pratiquement
supplanté le moteur à bagues.
Démarreur progressif
Le démarreur progressif, arrivé sur le mar-
ché il y a une vingtaine d’années, s’appa-
rente au convertisseur de fréquence dans
ce sens qu’il s’agit également d’un dispo-
sitif électronique à thyristors. Il vient com-
bler le vide en termes de fonctionnalité et
de prix entre les démarreurs étoile-trian-
gle et les convertisseurs de fréquence.
Avec les démarreurs progressifs, la ten-
sion moteur peut être commandée pour
augmenter graduellement en phase de
démarrage, limitant ainsi naturellement le
courant de démarrage . Cela signifie
que le moteur démarre en douceur et que
les contraintes mécaniques et électriques
sont minimisées. Cerise sur le gâteau, ce
1
Les démarreurs progressifs ABB sont utilisés depuis
plusieurs années sur les moteurs des pompes, mélangeurs
et ventilateurs 160 kW de la société Kemira Kemi AB qui
fabrique des produits chimiques pour l’industrie et l’agricultu-
re à Helsingborg, en Suède. Ils ont été installés pour réduire
les contraintes imposées aux accouplements entre les
moteurs et les machines entraînées, pour supprimer les
coups de bélier dans les réseaux de tuyauterie, etc. Andreas
Allerbo, ingénieur électricien et instrumentiste de l’entreprise,
qui appartient au groupe finlandais Kemira Oy, explique:
«Notre expérience des démarreurs progressifs est très
concluante. Ils remplissent parfaitement leur rôle et ne nous
posent aucun problème d’ordre technique. Les perturbations
de fonctionnement ont été réduites, avec un impact positif
sur nos coûts. Dans chaque démarreur, nous utilisons la
fonction de bypass pour délester les thyristors et réduire la
dissipation thermique. Si nous identifions de nouvelles appli-
cations pour les démarreurs progressifs, nous en installerons
d’autres.»
Andreas Allerbo, ingénieur électricien et instrumentiste
chez Kemira Kemi AB, Helsingborg, en Suède.
Une des deux pompes nouvellement installées chez
Kemira Kemi AB et dotées de démarreurs progressifs
PS S d’ABB, essentiellement pour supprimer les coups de
bélier dans la tuyauterie de la station de pompage.
«Moins de perturbations de fonctionnement»

Revue ABB 1/2002 59
dispositif peut également être utilisé pour
l’arrêt progressif.
Le démarreur progressif étant à base
d’électronique, il est relativement aisé de
lui ajouter des fonctions de sécurité et de
signalisation d’état pour améliorer la pro-
tection du moteur et simplifier la localisa-
tion des défauts (ex., protection contre la
perte de phase, les surintensités et
l’échauffement anormal, de même que la
signalisation de fonctionnement normal,
de tension moteur assignée et de certains
défauts.)
Tous les réglages, comme celui de la
pente de la rampe de démarrage et de la
tension initiale, peuvent aisément être
réalisés en face avant de l’appareil.
Par conséquent, le démarreur progres-
sif satisfait pleinement les besoins de base
de démarrage en douceur des moteurs
électriques, tout en offrant des atouts en
termes de fiabilité, de maintenance, de
protection du moteur et de simplicité de
configuration.
Les démarreurs progressifs ne convien-
nent pas toujours à des applications de
commande de moteur exigeant un fort
couple de démarrage. Cette limitation est
liée au fait que pour démarrer le moteur,
l’appareil augmente la tension moteur jus-
qu’à sa valeur assignée (et à l’inverse,
pour l’arrêter, il la réduit jusqu’à la valeur
de coupure réglée). Le couple étant pro-
portionnel au carré de la tension, le
moteur raccordé est incapable d’atteindre
le couple maximum dès le départ. C’est
pour cette raison que le démarreur pro-
gressif est plus adapté à la commande de
moteurs de faible puissance et plus faciles
à démarrer, comme les moteurs de pom-
pes, ventilateurs, convoyeurs et ascen-
seurs .
Nouvelle gamme ABB de
démarreurs progressifs
ABB fabrique des démarreurs progressifs
depuis le début des années 80 et la
conception de la nouvelle gamme de pro-
duits reflète plus de vingt ans d’expérien-
ce. Les performances de celle-ci, appelée
PS S, ont été nettement améliorées sur
plusieurs points . Elle couvre une
plage de courants moteur de 3 à 515 A
et de tensions d’alimentation de 208 à
690 V.
La nouvelle gamme de produits offre
plusieurs atouts importants:
3
2
Les convoyeurs et les ascenseurs sont deux exemples types d’application pour lesquels les nouveaux démarreurs
progressifs ABB offrent de nombreux avantages.
2
La nouvelle gamme ABB de démarreurs électroniques progressifs PS S couvre
des courants moteur de 3 à 515 A et des tensions d’alimentation de 208 à 690 V.
3

60 Revue ABB 1/2002
n
Compacité: son faible encombrement
permet d’installer plus de démarreurs pro-
gressifs sur une surface de montage don-
née.
n Simplicité d’installation: l’appareil peut
être vissé sur une platine de montage
(quatre perçages sont suffisants) ou être
encliqueté sur un rail de fixation; le rac-
cordement des câbles est très simple dans
les deux cas. Des instructions claires sont
fournies en face avant.
n Simplicité de configuration: avec seule-
ment trois réglages – pente de la rampe
de démarrage, pente de la rampe d’arrêt
et tension initiale – l’utilisateur configure
le démarreur progressif pour une large
gamme d’applications. Ces réglages se
font très aisément avec des commutateurs
rotatifs clairement repérés en face avant
de l’appareil.
n Circuit électrique à semi-conducteurs:
garantie de la fiabilité élevée et de la
maintenance minimale, même dans les
applications aux démarrages et arrêts fré-
quents.
Couplage «interne-triangle»
Les plus gros appareils de la gamme peu-
vent être connectés dans le couplage tri-
angle du moteur, tout comme un démar-
rage étoile-triangle . Cela permet de
réduire le courant du démarreur progres-
sif par un facteur de 1/
√¯¯¯
3
, étendant la
plage disponible en courant à 515 A. Le
couplage interne-triangle permet de
répondre aux exigences de n’importe
quelle application avec un démarreur plus
petit, donc moins encombrant et moins
cher.
Sécurité et robustesse
Les appareils sont logés dans des enve-
loppes à protection renforcée et tous les
organes sous tension sont bien isolés. Ils
résistent donc à des conditions de mani-
pulation sévères sans danger pour le per-
sonnel. Le circuit électrique est à sécurité
intégrée; en cas de défaut interne, peu
4
Les démarreurs progressifs et IndustrialIT
ntégrer des informations provenant d’un large éventail
d’applications a toujours été un problème pour les
informaticiens. Depuis longtemps, la nécessité d’une
architecture unique et intégrée est reconnue – une archi-
tecture qui masque à l’utilisateur les différences entre
plusieurs applications.
ABB s’est penché sur ce problème depuis plusieurs
années. Premier fournisseur mondial de technologies
d’automatisation, nous aidons les principaux acteurs
industriels à mettre en place des solutions intégrées et
temps réel couvrant l’ensemble des systèmes d’auto-
matisation et d’information de leur entreprise par le biais
de l’architecture IndustrialIT. En résumé, IndustrialIT est
une plate-forme reliant, en temps réel et de façon trans-
parente, une multitude d’applications et de systèmes.
Dorénavant, tous les nouveaux produits ABB,
logiciels et matériels, seront estampillés IndustrialIT
enabled. Les clients sauront que leur produit est apte
à se combiner à d’autres produits IndustrialIT, dans la
perspective du «prêt à produire».
Pour prétendre à ce label, tous les nouveaux produits
doivent être certifiés (et les produits existants être exami-
nés). Il existe quatre niveaux de certification:
Niveau 0 – Information
Niveau 1 – Connectivité
Niveau 2 – Intégration
Niveau 3 – Optimisation
Les produits faiblement intégrés (qui n’échangent pas
d’information avec d’autres produits) – comme les
démarreurs progressifs décrits dans cet article – se
situent au niveau 0 de la hiérarchie.
Pour être certifié «IndustrialIT de niveau 0» (Informa-
tion), un produit doit présenter les caractéristiques sui-
vantes:
Identification produit: pour référencer le produit, son
identification doit comporter:
1. Un numéro d’identité ABB
2. Un code de référence EAN
3. Un nom de produit
4. Un code de désignation produit
I
IndustrialIT
TM
enabledenabledenabled
Niveau 0: Information