Démarreurs et contrôleurs à courant monophasé

Machines à courant alternatif 1955

Démarrage des moteurs à courant monophasé

II y a deux méthodes de démarrage pour les moteurs à courant monophasé: le démarrage à tension maximum et le démarrage à tension réduite.

Démarrage à tension maximum des moteurs à courant monophasé

Le démarrage des moteurs à courant monophasé à tension maximum ou à pleine tension est une méthode très simple qui consiste simplement à brancher le moteur directement au circuit d'alimentation à l'aide d'un démarreur approprié.

Les moteurs asynchrones à courant monophasé démarrent tous à pleine tension à l'exception des moteurs-série, à répulsion et à répulsion induction d'une certaine puissance tel qu'expliqué plus loin.

Le démarreur des petits moteurs à courant monophasé portatifs d'une puissance maximum de 1/4 de H.P. et d'une tension maximum de 150v peut être un simple interrupteur unipolaire pour moteur ou même un réceptacle et une fiche.

Les interrupteurs manuels bipolaires pour moteurs (calibrés en H.P.) sans protection contre surcharge sont permis pour les moteurs jusqu'à 1 H.P., si la dérivation du moteur est suffisamment protégée et si le moteur est dans le champ de vision de l'opérateur.

Démarreur manuel à courant monophasé à tension maximum avec déclencheur thermique
(full-voltage or across-the-line mqnual motor starter or switch with thermal protection)

Le démarreur manuel à courant monophasé à tension maximum avec déclencheur thermique est un disjoncteur manuel à déclenchement thermique (Fig. 116 et 117).

Fig. 116. — Démarreur manuel avec protection thermique

Fig. 117. — Schéma de démarreurs à courant monophasé a) unipolaire, sans protection, b) unipolaire à protection thermique, c) bipolaire à protection thermique

Il est construit comme un interrupteur à rupture rapide, du type à bouton-pressoir ou à bascule, muni d'un déclencheur thermique qui, sous l'effet d'une surintensité du courant, produit le déclenchement du démarreur. Le tout est monté dans un coffret de manoeuvre.

On emploie souvent ce démarreur pour la commande et la protection des petits moteurs à courant monophasé dont la puissance s'échelonne jusqu'à 7½ H.P.

Vu que ce démarreur protège le moteur contre les surintensités du courant, il est préférable de l'utiliser au lieu du démarreur précédent même pour les petits moteurs d'une puissance de 1 H.P. ou moins.

Démarrage automatique à tension maximum des moteurs à courant monophasé

On doit protéger les moteurs à courant monophasé démarrant automatiquement contre la surintensité du courant. Le dispositif de protection est intégré au moteur, séparé ou fait partie du démarreur.

Le démarreur peut être un simple contacteur (Fig. 118) ou un démarreur électromagnétique à tension maximum.

Fig. 118. — Contracteur unipolaire

Plusieurs appareils de commande {control apparatus) calibrés en H.P. servent aussi de démarreur automatique pour les petits moteurs à courant monophasé comme les interrupteurs à pression, à vide, à niveau, certains thermostats, etc.1

Mais dès que la puissance du moteur dépasse celle de ces appareils de commande, on utilise un démarreur électromagnétique et on raccorde alors l'appareil de commande dans le circuit de commande du démarreur.

Démarreur électromagnétique à tension maximum avec relais thermique
(full-voltage or across-the-line magnetic starter with thermal relays)

Le démarreur électromagnétique à tension maximum avec relais thermique est un contacteur à plusieurs pôles, calibré en H.P. et muni d'un relais thermique; le tout est logé dans un coffret métallique (Fig. 119 et 120).

Fig. 119. — Démarreur électromagnétique à courant monophasé à tension maximum

Fig. 120. — Démarreur électromagnétique à courant monophasé

Le fonctionnement de ce démarreur est le même que celui d'un relais ou d'un contacteur, c'est-à-dire que dès qu'on alimente l'électro-aimant il attire une armature qui ferme les contacts.

Dans tout démarreur ou contrôleur électromagnétique, on trouve toujours le circuit principal ou d'alimentation du moteur et le circuit de commande qui contrôle le fonctionnement du démarreur ou du contrôleur.

Tous les appareils de commande sont reliés dans ce dernier circuit.

Ici, le circuit principal comprend les conducteurs et les contacts a et b et l'enroulement thermique du relais thermique, tandis que le circuit de commande comprend l'électro-aimant, un poste à boutons-pressoirs, le contact x et le contact O.L. du relais thermique.

Fonctionnement

En poussant le bouton « marche », le courant suit le parcours Ll, 1, 2, 3, C, O.L., L2, et l'électro-aimant étant alimenté ferme les contacts a, b, x et le moteur démarre; le contact x remplace alors le contact momentané du bouton de marche.

Advenant une surintensité prolongée du courant du moteur, il y a ouverture du contact O.L. du relais thermique et la bobine de l'électro-aimant n'étant plus alimentée, par ressort et gravité, le démarreur ouvre et déconnecte le moteur.

Ce genre de démarreur est très employé pour la commande des moteurs à courant monophasé car il permet la commande automatique, et, grâce à son relais thermique, il protège bien un moteur à vitesse constante.

Dans les autres cas, si l'on désire protéger le moteur contre réchauffement nuisible, on place des protecteurs thermiques dans le moteur et on raccorde les contacts en série dans le circuit de commande du démarreur.

La figure 121 montre un autre démarreur électromagnétique à tension maximum avec ses appareils de commande, dont un commutateur sélecteur, permettant un démarrage manuel, l'arrêt et le fonctionnement automatique.

Fig. 121. — a) Démarreur électromagnétique à tension maximum à courant monophasé, b) raccordement des bornes des deux bobines de l'électro-aimant et celles du moteur ainsi que l'élément thermique sous différentes tensions llOv
et 220v

 L'interrupteur X peut être un interrupteur à pression, à vide, un thermostat ou tout autre appareil de commande à deux fils.

On peut raccorder l'interrupteur H, limiteur de pression, à la place du conducteur A et utiliser ce montage pour un système de chauffage à foyer mécanique « stoker ».
Inverseurs à courant monophasé

II n'y a pas de règle générale permettant d'inverser le sens de rotation de tous les moteurs à courant monophasé mais plutôt une méthode particulière à chaque classe de moteurs.

Certains moteurs à courant monophasé ne sont pas réversibles par inversion du courant dans leurs enroulements statoriques.

Alors, pour les applications nécessitant le fonctionnement dans les deux sens, on choisit d'abord un moteur réversible électriquement et un inverseur qui lui convient.

la figure 122 montrent comment le même inverseur peut servir à inverser le sens de rotation de plusieurs moteurs différents.

Fig. 122. — Démarreur inverseur à courant monophasé à boutons-pressoirs tel qu'appliqué à différents moteurs

La figure 123 est le diagramme d'un contrôleur inverseur à tambour et d'un moteur à capacité au démarrage et en marche.

Fig. 123. — Contrôleur inverseur à tambour et moteur à capacité au démarrage et en marche

Démarrage à tension réduite des moteurs à courant monophasé

Le démarrage à tension réduite des moteurs à courant monophasé s'effectue à l'aide d'un simple rhéostat à contacts plats relié en série dans le circuit du moteur (Fig. 124).

Fig. 124. — Rhéostat de démarrage

Cette méthode s'applique principalement au moteur-série, lorsque la puissance est au-dessus de 1 H.P. et aux autres moteurs à répulsion et à répulsion d'induction de puissance au-dessus de 10 H.P. et, parfois, aux moteurs d'une puissance inférieure lorsqu'on désire un démarrage doux et réduire la secousse de courant due au démarrage à pleine tension.

Les moteurs à répulsion ou à répulsion induction démarrent très bien à pleine tension jusqu'à 10 H.P. Tous les autres moteurs à courant monophasé démarrent à pleine tension.

On réduit aussi la tension au démarrage à l'aide de bobines de self ou d'autotransformateurs, mais, en raison de son prix modéré, le rhéostat est le plus employé.

Principales méthodes de réglage de la vitesse des moteurs à courant monophasé

On règle la vitesse des moteurs à courant monophasé en variant la tension d'alimentation, en changeant le nombre de pôles, en déplaçant les balais et en changeant le nombre de spires de l'enroulement d'un moteur.

1. Réglage de la vitesse par variation de la tension d'alimentation

En variant la tension d'alimentation, on règle progressivement la vitesse des moteurs à bobine écran, à phase auxiliaire spéciale, à courant monophasé d'induction à enroulement à courant triphasé, à répulsion d'induction, à capacité au démarrage et en marche à valeur unique, série.

Cette méthode ne s'applique pas aux moteurs à courant monophasé normaux ayant un dispositif centrifuge, mais elle s'applique à certains moteurs spéciaux où le dispositif centrifuge ouvre à basse vitesse, comme chez certains moteurs d'éventail.

On varie la tension d'un réglage de la vitesse à l'aide de:

a) Résistances

Un rhéostat est relié en série dans le circuit du moteur; cette méthode s'applique principalement au moteur-série et à certains moteurs à répulsion (Fig. 125).

Fig. 125. — Réglage de la vitesse d'un moteur-série à l'aide d'un rhéostat en série

b) Bobines de self

Une bobine de self variable, à plusieurs prises, avec commutateur permettant de changer l'inductance de la bobine est en série dans le circuit du moteur. En diminuant l'inductance, la tension d'alimentation augmente et vice versa (Fig. 126).

Fig. 126. — Bobine de self variable servant au réglage de la vitesse a) d'un moteur à phase auxiliaire à haute résistance

b) d'un moteur à courant monophasé à enroulement à courant
triphasé

c) Autotransformateurs variables

L'autotransformateur variable possède un seul enroulement qui sert à la fois de primaire et de secondaire. Il peut être à plusieurs prises secondaires avec un commutateur qui permet la variation du nombre de spires secondaires, ce qui varie la tension d'alimentation et la vitesse du moteur (Fig. 127).

Fig. 127. — Réglage de la vitesse d'un moteur à l'aide d'un auto-transformateur variable à prises multiples

L'autotransformateur variable peut être aussi du type « variac». Le noyau et l'enroulement de celui-ci sont circulaires et un curseur rotatif glisse sur l'enroulement et varie le nombre de spires secondaires, la tension d'alimentation et la vitesse du moteur (Fig. 128).

Fig. 128. — Réglage de la vitesse d'un moteur à l'aide d'un variac

Transformateur en série. Pour régler la tension et la vitesse de certains petits moteurs, on emploie aussi le transformateur monté en série avec plusieurs prises secondaires et un commutateur permettant de varier la tension d'alimentation (Fig. 129).

Fig. 129. — Réglage de la vitesse d'un moteur à phase auxiliaire à haute résistance avec transformateur en série à tension réglable

2. Réglage de la vitesse en changeant le nombre de pôles

La vitesse d'un moteur asynchrone, due au glissement, est légèrement inférieure à la vitesse synchrone déterminée par la formule

N = 120f / P

Cette formule indique la possibilité d'un changement de la vitesse d'un moteur N en modifiant le nombre de pôles.

À cette fin, on emploie les moteurs à polarité multiples, à enroulement unique ou à double enroulement.

Dans chaque cas, on établit le ou les enroulements de manière à obtenir différents nombres de pôles en employant un commutateur ou un contrôleur approprié, permettant de changer les connexions, le nombre de pôles et la vitesse du moteur.

Cette méthode est limitée car chaque couplage correspond à une vitesse presque fixe.

On fabrique des moteurs à polarités multiples à deux, trois ou quatre vitesses.

Moteur à polarités multiples à enroulement unique (moteur à deux vitesses)

En inversant la moitié des pôles d'un enroulement statorique à courant monophasé, on double le nombre de pôles et la vitesse diminue de moitié. Cette méthode dite des pôles conséquents permet d'obtenir deux vitesses avec un seul enroulement (Fig. 130).

Fig. 130. — Contrôleur à deux vitesses et moteur à courant monophasé à enroulement unique a) haute vitesse, b) basse vitesse

Moteur à polarités multiples à deux enroulements

L'enroulement unique donne seulement deux vitesses dont l'une est la moitié de l'autre.

Afin d'obtenir une vitesse intermédiaire, ou encore trois ou quatre vitesses, il faut deux enroulements, chaque enroulement permettant d'obtenir deux vitesses en le reliant suivant la méthode précédente.

Ainsi, selon le couplage, on obtient un moteur à deux, trois ou quatre vitesses (Fig. 131).

Fig. 131. — Moteur à phase auxiliaire à deux vitesses et à enroulements doubles

Réglage de la vitesse déplaçant les balais

On a vu lors de l'étude des moteurs qu'on varie la vitesse de certains moteurs à répulsion et série en déplaçant les balais sur Je collecteur.

4. Réglage de la vitesse en changeant le nombre de spires de l'enroulement d'un moteur

Le réglage de la vitesse de certains petits moteurs à courant monophasé à enroulement à prises multiples s'effectue en variant le nombre de spires utilisées (Fig. 132).

Fig. 132. — Moteurs à enroulements à prises multiples a) série, b) à bobine écran, c) à phase auxiliaire spécial à trois enroulements.