Les moteurs synchrones étant capables de maintenir une vitesse constante quelle que soit la charge, ils sont fréquemment utilisés en milieu industriel. Cependant, leur démarrage présente des difficultés, car il nécessite une méthode pour les amener à la vitesse synchrone avant de pouvoir se connecter au réseau. En effet, contrairement aux moteurs à induction, les moteurs synchrones ne démarrent pas naturellement à la vitesse synchrone. Différentes méthodes permettent de démarrer ces moteurs de manière sûre et efficace.
Cet article explore les quatre principales méthodes de démarrage des moteurs synchrones, expliquant le fonctionnement de chacune, ses avantages et ses applications les plus courantes. Ces méthodes comprennent :
- Démarreur direct (DOL)
- Démarreur à autotransformateur
- Démarreur étoile-triangle
- Démarrage à rotor bobiné (à bagues collectrices)
Examinons maintenant chaque stratégie en détail.
Démarrage direct en ligne (DOL)
Fonctionnement :
La technique la plus simple et la plus répandue pour démarrer un moteur synchrone est la méthode de démarrage direct (DOL). Avec cette approche, le moteur est immédiatement connecté à la tension d’alimentation dès que l’on appuie sur le bouton de démarrage.
Le rotor du moteur est initialement immobile, et lorsque le courant traverse le stator, le rotor subit un couple qui l’accélère jusqu’à la vitesse de synchronisation. Pour les moteurs synchrones, une fois la vitesse de synchronisation atteinte, le moteur peut se verrouiller sur le réseau et fonctionner à pleine capacité.
Avantages
- Simplicité : La méthode DOL est facile à mettre en œuvre et nécessite un minimum de composants électriques.
- Economique : Aucun équipement supplémentaire n’est requis, cette méthode est économique.
- Démarrage rapide : Le moteur atteint sa vitesse synchrone presque immédiatement après la connexion.
Inconvénients
- Courant d’appel élevé : Au démarrage, un courant d’appel important se produit, ce qui peut solliciter le réseau électrique et le moteur.
- Application limitée : Le démarrage direct est particulièrement adapté aux petits moteurs synchrones de faible puissance (généralement inférieure à 5 CV).
Application
Cette méthode est couramment utilisée pour les petits moteurs synchrones dans les applications où la puissance requise est relativement faible, comme les petites pompes et les compresseurs.
Démarrage par autotransformateur
Fonctionnement
L’autotransformateur abaisse la tension appliquée au moteur au démarrage. Cela réduit le courant de démarrage du moteur et lui confère une accélération régulée.
Le transformateur est généralement connecté de manière à ce que seule une partie de la tension d’alimentation soit appliquée au moteur au démarrage. Une fois que le moteur atteint une vitesse proche de la synchronisation, l’autotransformateur est déconnecté et le moteur est directement connecté à la tension d’alimentation.
Avantages
- Courant de démarrage réduit : La méthode de l’autotransformateur réduit le courant de démarrage à une fraction du courant normal, ce qui permet d’éviter d’endommager les systèmes électriques et autres équipements.
- Accélération en douceur : Le moteur accélère en douceur jusqu’à la vitesse synchrone, sans les brusques surtensions de couple rencontrées lors du démarrage direct.
- Capacité de puissance supérieure : Cette méthode convient aux moteurs de plus grande puissance nécessitant une puissance nominale plus élevée.
Inconvénients
- Coût : L’autotransformateur est un équipement supplémentaire, ce qui augmente le coût.
- Limitation de taille : Le couple de démarrage du moteur est réduit avec cette méthode, ce qui peut ne pas être idéal pour les moteurs nécessitant un couple de démarrage élevé.
Application
Cette méthode est souvent utilisée pour les moteurs synchrones de moyenne et grande taille, notamment dans les environnements industriels tels que les convoyeurs, les broyeurs et les pompes de grande puissance, où la demande de puissance est plus élevée et où le courant d’appel doit être limité.
Démarrage étoile-triangle
Fonctionnement
Dans la configuration étoile-triangle, le bobinage du stator du moteur est d’abord connecté en étoile afin de réduire la tension. Les bobinages du stator passent en configuration triangle dès que le moteur atteint une vitesse donnée. Le moteur peut fonctionner à sa capacité maximale lorsque la tension augmente en passant de l’étoile au triangle.
Le moteur démarre initialement en configuration étoile, où la tension de phase est réduite d’un facteur √3, ce qui réduit le courant de démarrage. Le moteur fonctionne à pleine tension et à plein courant après le passage des bobinages en configuration triangle à une vitesse donnée.
Avantages
- Courant de démarrage réduit : Tout comme la méthode de l’autotransformateur, la méthode étoile-triangle permet également de réduire le courant d’appel en appliquant une tension réduite au démarrage.
- Simplicité : Sa mise en œuvre est plus simple et plus économique qu’un autotransformateur, car elle ne nécessite qu’un inverseur et un câblage supplémentaire.
- Largement utilisée : Cette méthode est couramment utilisée dans l’industrie pour les moteurs de forte puissance.
Inconvénients
- Couple de démarrage réduit : Le couple de démarrage en configuration étoile est inférieur à celui en configuration triangle, ce qui peut s’avérer inapproprié pour les applications nécessitant un couple de démarrage élevé.
- Complexité de commutation : Passer de l’étoile au triangle au bon moment nécessite un contrôle précis. Une commutation trop précoce ou trop tardive peut entraîner un fonctionnement inefficace.
Application
La méthode étoile-triangle est fréquemment utilisée pour les moteurs de grande puissance, notamment dans les industries telles que les cimenteries, le traitement des eaux et autres machines lourdes, où la taille du moteur peut être très importante et où la réduction du courant au démarrage est cruciale.
Démarrage à rotor bobiné (à bagues collectrices)
Fonctionnement
La méthode du rotor bobiné utilise un rotor triphasé, plutôt qu’un rotor à cage d’écureuil classique. Au démarrage, la résistance du circuit rotorique est élevée, ce qui réduit le courant de démarrage. La vitesse du rotor augmente progressivement à mesure que les résistances externes sont court-circuitées, permettant ainsi au moteur d’atteindre la vitesse synchrone.
Une fois la vitesse synchrone atteinte, le circuit rotorique est complètement court-circuité et le moteur continue de fonctionner à pleine tension et courant. Cette approche est idéale pour les applications nécessitant un couple élevé, car elle offre un excellent contrôle du courant et du couple de démarrage.
Avantages
- Couple de démarrage variable : Le couple de démarrage peut être modifié grâce aux résistances externes, ce qui est avantageux pour les applications à fortes charges.
- Démarrage en douceur : Cette méthode garantit une accélération en douceur sans courant d’appel élevé.
- Puissance de démarrage élevée : Cette méthode permet de démarrer de gros moteurs synchrones nécessitant un couple élevé.
Inconvénients
- Complexité et coût : L’utilisation de collecteurs tournants et de résistances externes augmente le coût et la complexité du système.
- Entretien : Un entretien adéquat des balais et des collecteurs tournants est essentiel pour des performances optimales.
Application
Cette méthode est généralement utilisée pour les moteurs synchrones de forte puissance dans des secteurs tels que la sidérurgie, les concasseurs et les laminoirs, où un couple de démarrage élevé est nécessaire.
Comparaison des méthodes
Vous trouverez ci-dessous un tableau comparatif résumant les principaux aspects de chaque méthode de démarrage :
| Méthode | Courant de démarrage | Couple de démarrage | Coût | Adéquation | Entretien |
| Démarrage direct sur ligne | Élevé | Élevé | Faible | Petits moteurs (jusqu’à 5 HP) | Faible |
| Auto-transformateur | Réduit | Moyen | Modéré | Moteurs moyens à grands (5 HP à 500 HP) | Faible |
| Étoile-Triangle | Réduit | Faible | Faible | Grands moteurs en industrie générale | Modéré |
| Rotor bobiné | Faible | Réglable | Élevé | Moteurs lourds (500 HP et plus) | Élevé |
Conclusion
Comme le sait tout fabricant de moteurs synchrones, la méthode de démarrage d’un moteur synchrone dépend largement de sa taille, de sa puissance requise et des exigences opérationnelles de l’application. Les petits moteurs de faible puissance utilisent généralement le démarrage direct (DOL), tandis que les moteurs plus puissants et plus gourmands en énergie bénéficient de méthodes telles que le démarrage par autotransformateur, étoile-triangle ou rotor bobiné. Chaque méthode offre des avantages uniques pour contrôler le courant de démarrage et fournir le couple nécessaire pour atteindre la vitesse synchrone.
En pratique, le choix de la méthode de démarrage appropriée garantit la protection du moteur tout en optimisant la consommation d’énergie et les performances.
