Surmonter les défis propres aux commandes de moteur
17 avril 2020
Il existe deux types de moteurs électriques; à courant alternatif (CA) et à courant continu (CC). Les moteurs à courant alternatif peuvent être synchrones ou asynchrones. On retrouve les moteurs synchrones dans les applications où la vitesse et la précision sont essentielles, notamment les horloges synchrones, les minuteries dans les appareils électroniques et les enregistreurs audio. Capables de fonctionner à des vitesses variables, nécessitant peu d’entretien et durables, asynchrones ou à induction, les moteurs jouissent d’une utilisation industrielle étendue. Les applications telles que le levage, le mélange, le pompage, la compression et le forage emploient des moteurs à induction faciles à utiliser et plus économiques que les moteurs synchrones et à courant continu.
Des deux principaux types de moteurs à induction (asynchrones), monophasés et triphasés, les moteurs monophasés sont généralement limités aux applications avec de petites charges électriques, telles que les appareils électroménagers, car les moteurs monophasés ne peuvent pas démarrer automatiquement. Les systèmes de moteurs triphasés ont une utilisation industrielle et commerciale beaucoup plus vaste, car ils nécessitent moins de câblage en cuivre et sont donc moins chers, de plus petites tailles, plus efficaces et fonctionnent plus doucement (moins de vibrations).
Les démarreurs hybrides Sensata DRMS offrent la solution optimale pour les moteurs à induction avec 6 fonctions dans la même unité, y compris marche avant / arrière, démarrage progressif / arrêt progressif, protection contre les surcharges et relais d’isolement du secteur.
Les commandes moteur sont cruciales
Les systèmes de moteur reposent sur un démarreur (ou commande),pour contrôler les performances des moteurs en démarrant, en arrêtant, en inversant, en accélérant et en décélérant le moteur ainsi qu’en le protégeant des surcharges ou des défaillances.
La commande moteur la plus élémentaire est un interrupteur marche / arrêt entre le moteur et l’alimentation électrique, tandis que les commandes plus complexes contrôlent la vitesse et le couple du moteur.
Les démarreurs directs (en anglais direct-on-line ou DOL) sont le type le plus élémentaire; lorsqu’ils sont sous tension, ils connectent immédiatement les bornes du moteur à l’alimentation. Ils sont utiles si le courant d’appel élevé du moteur ne provoque pas de chutes de tension excessives dans le circuit d’alimentation. Ils conviennent aux petites pompes à eau, compresseurs, ventilateurs et courroies transporteuses. Cependant, les démarreurs directs ne peuvent fournir de rétroaction.
De plus, dans le cas d’un moteur asynchrone, tel que le moteur à induction triphasé, qui consomme un courant de démarrage élevé (généralement de six à sept fois supérieur à la pleine charge), les démarreurs directs ne pourront protéger le moteur du courant d’appel.
Protéger l’équipement et prolonger sa durée utile
Les commandes moteur sont confrontées à de nombreuses formes d’usure. En particulier, les démarreurs à induction triphasés doivent faire face à des facteurs dommageables tels que le courant d’appel et les arcs électriques.
Le courant d’appel, également appelé surtension de mise en circuit ou courant de surtension d’amorçage, est le niveau élevé de courant consommé par le moteur pour accélérer à sa pleine vitesse. Au cours de cette période, le moteur doit souvent consommer un courant pouvant atteindre 7à 10 fois la charge de fonctionnement normal. Cette surcharge de courant, bien qu’elle dure moins d’une seconde, provoquera des surtensions de couple qui occasionnent des contraintes mécaniques sur la machine, en particulier lorsque les cycles de démarrage et d’arrêt sont répétitifs. Les démarreurs directs de base ne pourront protéger le moteur de l’appel de courant. Par conséquent, la commande moteur doit comporter un mécanisme pour protéger adéquatement l’équipement en aval.
Les arcs électriques – où le flux d’un courant électrique à travers un gaz provoque sa dégradation et une décharge – se produisent le plus souvent dans les commandes moteur où les contacts ouvrent (coupent) et ferment (rétablissent) à plusieurs reprises un circuit électrique. L’arc électrique produit une grande quantité de chaleur, qui fera fondre ou même vaporisera de petites parties de la surface de contact, endommageant la commande moteur.
En plus de gérer le courant d’appel et les arcs électriques, les démarreurs de moteurs à induction triphasés nécessitent également une fonction de démarrage et d’arrêt progressif. Les démarrages et arrêts progressifs évitent d’endommager l’équipement ainsi que les objets lourds et encombrants déplacés par les compresseurs, les transporteurs à courroie et les systèmes de portes. En raison de leur masse, ces objets ont un élan considérable même à basse vitesse.
Les démarreurs progressifs et les variateurs de fréquence peuvent tous deux être utilisés pour protéger l’équipement et prolonger la durée de vie du moteur en réduisant le courant d’appel et la génération de chaleur qui en découle en raison des démarrages et arrêts fréquents.
Principaux types de démarreurs
Les démarreurs progressifs, ou les démarreurs à semi-conducteurs à tension réduite peuvent réduire temporairement la charge de courant et la surtension de couple lors du démarrage tout en augmentant progressivement la vitesse du moteur. En conséquence, le démarreur progressif réduit le stress mécanique sur le moteur et son axe et allonge la durée de vie du système. On peut configurer ces démarreurs progressifs pour des applications spécifiques. Ils peuvent aider à éviter les variations de pression dans les applications de pompage et initier le mouvement des courroies transporteuses en douceur pour aider à minimiser les à-coups, les contraintes ou les glissements. Parce que les démarreurs progressifs ont une complexité électrique plus élevée que les démarreurs directs, ils posent souvent des problèmes de coût-performance.
Une commande à fréquence variable (CFV) utilise des systèmes d’entraînement électromécaniques pour contrôler la vitesse et le couple du moteur en faisant varier la tension et la fréquence d’entrée du moteur. En conséquence, les CFV peuvent réduire le courant nécessaire au démarrage du moteur. Une CFV se connecte facilement aux systèmes de contrôle automatique. Les commandes à fréquence variable sont également très écoénergétiques, ce qui contribue à réduire la demande d’énergie de pointe. Cependant, la pénétration du marché mondial des CFV est relativement faible en raison de leur prix élevé et de leur sensibilité aux facteurs environnementaux tels que la température et la surtension.
Alors que les démarreurs progressifs et les commandes à fréquence variable offrent déjà des avantages évidents pour les moteurs, les fabricants continuent de développer des systèmes avec une plus grande fonctionnalité et des prix plus bas.
Avantages du démarreur hybride
Avec leur fonction de démarrage / arrêt progressif, les démarreurs hybrides de la série DRMS de Sensata offrent des avantages particulièrement prononcés aux systèmes de convoyeur. En plus de leur fonction de relais électromécanique, les démarreurs hybrides de la série DRMS comportent une fonction de relais à semi-conducteurs pour un fonctionnement sans contact afin d’obtenir une commande de puissance rapide et sans usure.
Avec les performances offertes par le relais à semi-conducteurs et la fiabilité du relais électromécanique, les démarreurs hybrides de la série DRMS sont plus efficaces pour atténuer les effets destructeurs des courants d’appel élevés, les stress mécaniques qui en résultent et les écarts de performance du système. En conséquence, les fonctions de relais combinées offrent des performances et une cohérence plus élevées, une consommation d’énergie inférieure, une meilleure sécurité et une durée de vie de l’équipement plus longue.
De plus, les démarreurs hybrides de la série DRMS sont compacts avec une largeur de seulement 22,5 mm, ce qui réduit l’encombrement jusqu’à 75%. Enfin, par rapport aux commandes à fréquence variable, qui coûtent entre 400 $ et 1 200 $, les appareils DRMS offrent une option plus économique.
Les démarreurs hybrides de la série DRMS peuvent être utilisés dans les systèmes de convoyeurs, les systèmes de portes et les compresseurs par les constructeurs de machines, les concepteurs ou les constructeurs de panneaux électriques et les installations de production. De plus, ces démarreurs hybrides ont une puissance nominale maximale du moteur de 400 V par rapport à d’autres produits comparables; la puissance nominale élevée du moteur permet d’utiliser les démarreurs hybrides de la série DRMS pour une gamme plus large d’applications industrielles que les autres produits ne peuvent gérer.
Conclusion
Les démarreurs pour moteurs à induction subissent de nombreux cycles de démarrage et d’arrêt. Les facteurs à considérer lors de la comparaison des démarreurs incluent la performance, la durabilité, la fiabilité, la taille, le prix et la protection de l’équipement contre les courants d’appel et d’autres phénomènes potentiellement dommageables. Les démarreurs directs sont fiables, mais offrent peu d’auto-protection ou de protection pour les actifs que les moteurs propulsent. Une plus grande protection est disponible avec les CFV, mais à un prix élevé. Les démarreurs hybrides établissent un équilibre entre tous ces facteurs et méritent donc une attention particulière pour les moteurs qui activent des actifs précieux.
