DOL, étoile-triangle ou démarreur progressif : choisir une méthode de démarrage du moteur

Un moteur triphasé consomme cinq à huit fois son courant à pleine charge pendant qu’il atteint sa vitesse de régime. Ce pic de courant n’est pas un dysfonctionnement, mais c’est la raison pour laquelle le mode de démarrage relève d’un choix de conception plutôt que d’un réglage par défaut. Si vous démarrez un gros moteur directement sur le réseau, vous obtenez un couple maximal, un courant maximal et un choc mécanique maximal. En le démarrant en douceur, vous protégez le réseau d’alimentation, l’accouplement et la machine entraînée, au prix d’un surcoût financier et d’un encombrement supplémentaire dans le tableau électrique.

Ce guide compare les trois méthodes parmi lesquelles vous devrez effectivement choisir — le démarrage direct en ligne, le démarrage étoile-triangle et les démarreurs progressifs électroniques — en fonction des critères déterminants : couple, courant, contraintes mécaniques, coût et exigences de chacune d'entre elles en matière d'appareillage de commutation.

Pourquoi la méthode de démarrage est-elle si importante ?

Trois phénomènes se produisent lorsqu'un moteur démarre en démarrage direct :

• Surintensité. En général, 5 à 8 fois le courant à pleine charge, maintenu pendant toute la durée de la montée en régime.
• Chute de tension. Le courant qui circule à travers l'impédance d'alimentation fait baisser la tension locale, ce qui a des répercussions sur tous les autres composants du même bus.
• Choc mécanique. La tension maximale génère instantanément un couple de démarrage maximal, qui est transmis par les accouplements, les courroies, les réducteurs et la charge entraînée.

Un petit moteur raccordé à une alimentation rigide rend ces trois éléments insignifiants. Une pompe de 90 kW raccordée à une alimentation faible ou à une longue ligne d'alimentation fait de ces trois éléments la contrainte principale de la conception.

Démarrage direct (DOL)

Le DOL connecte directement le moteur à l'alimentation à pleine tension. C'est la méthode de démarrage la plus simple, la moins chère et la plus robuste qui soit : un contacteur, un relais de surcharge, un disjoncteur.

Ce que vous obtenez

• Couple de démarrage maximal — généralement compris entre 1,5 et 2,5 fois le couple à pleine charge.
• Courant de démarrage maximal — généralement 6 à 8 fois le courant à pleine charge.
• Temps de préparation le plus court — le moteur monte rapidement en régime.
• Coût le plus bas et encombrement minimal du panneau.

Quand c'est la bonne réponse

La règle DOL s'applique dès lors que l'alimentation est capable d'absorber la surintensité et que la charge peut supporter le couple. En pratique, cela se traduit par l’utilisation de moteurs plus petits — dans de nombreuses installations, jusqu’à environ 5–7,5 kW en règle générale, et de plus grande puissance lorsque l’alimentation est rigide et que la charge tolère un démarrage en force. Les pompes, ventilateurs et compresseurs démarrant à vide ou contre une vanne fermée sont souvent mis en service en démarrage direct (DOL) à des puissances nominales bien supérieures à celles-ci.

Ce que cela exige de l'appareillage de commutation

Le contacteur doit être dimensionné en fonction de la charge au démarrage, et pas seulement du courant de fonctionnement — c'est la question relative à la catégorie d'utilisation AC-3 que nous abordons dans notre Guide de sélection des contacteurs CA. De plus, le dispositif de protection doit être choisi de manière à ne pas se déclencher sous l'effet du courant d'appel : un disjoncteur dont le seuil de déclenchement instantané est trop bas se déclenchera intempestivement à chaque démarrage du moteur. Notre SMO-K 25–38 A et SMO-K 40–65 A Les contacteurs couvrent la majeure partie des applications DOL.

Étoile-triangle (Wye-Delta)

Le démarrage étoile-triangle réduit la tension aux bornes de chaque enroulement pendant la montée en régime. Le moteur est initialement connecté en étoile, ce qui fait que chaque enroulement est soumis à la tension phase-neutre plutôt qu’à la tension phase-phase — soit un facteur de 1/√3, ou environ 58%.

Le courant de démarrage et le couple de démarrage varient tous deux, en gros, proportionnellement au carré de la tension appliquée. À la tension 58%, cela signifie environ un tiers de ces deux valeurs : le courant de démarrage chute à environ 2 à 3 fois le courant à pleine charge, et le couple de démarrage chute à environ un tiers de la valeur en démarrage direct (DOL).

Ce que vous obtenez

• Courant de démarrage réduit — environ un tiers du DOL.
• Couple de démarrage réduit — soit environ un tiers du DOL. C'est là que réside le problème.
• Aucun composant électronique — une solution électromécanique, trois contacteurs et un temporisateur.
• Une transition ouverte — il y a une brève coupure d'alimentation lorsque le moteur passe du branchement en étoile au branchement en triangle.

Quand c'est la bonne réponse

Le démarrage étoile-triangle convient aux moteurs qui démarrent lumière — ventilateurs, centrifugeuses, compresseurs à vide, pompes mises en marche avec une vanne fermée. Ce n’est pas le choix idéal pour tout ce qui nécessite un couple important pour démarrer, car un couple équivalent à un tiers de la valeur nominale peut tout simplement ne pas suffire à faire bouger la charge.

Ce que cela exige

Trois contacteurs au lieu d’un seul, interverrouillés mécaniquement et électriquement, ainsi qu’un temporisateur. Le moteur doit comporter les six bornes d’enroulement accessibles et être conçu pour fonctionner en triangle sur la tension d’alimentation. Il faut également tenir compte du pic de transition : lorsque le moteur est momentanément déconnecté puis reconnecté, il peut absorber un courant transitoire lors de sa resynchronisation, ce qui compense en partie la réduction que vous cherchiez à obtenir.

Démarreur progressif

Un démarreur progressif utilise des thyristors montés en antiparallèle pour faire monter la tension progressivement, depuis une valeur initiale définie jusqu'à la tension maximale, selon un temps contrôlé. Le couple et le courant suivent l'évolution de la tension ; ils peuvent donc tous deux être modulés en fonction de la charge.

Ce que vous obtenez

• Limite de courant réglable — généralement réglable entre environ 2 × et 5 × le courant à pleine charge.
• Couple réglable — suffisamment pour déconnecter la charge sans le choc mécanique lié au démarrage direct (DOL).
• Ralentissement contrôlé ainsi que la montée en régime, ce qui est important pour les pompes lorsqu’on souhaite éviter les coups de bélier.
• Transition fluide et continue — pas de pic de transition ouvert.
• Protection et surveillance — la plupart des appareils sont équipés d'une protection contre les surcharges, les coupures de phase et les surchauffes, ainsi que de sorties d'état.

Combien cela vous coûte-t-il ?

• Coût d'investissement plus élevé que l'une ou l'autre de ces alternatives.
• Espace et chaleur du panneau — Les thyristors dégagent de la chaleur et nécessitent généralement une ventilation.
• Harmoniques lors du démarrage — généralement acceptable, mais à noter pour les fournitures sensibles.
• Toujours pas de régulateur de vitesse — si vous devez faire varier la vitesse pendant le fonctionnement, vous avez besoin d'un variateur de fréquence, et non d'un démarreur progressif.

Comparaison côte à côte

Comment prendre une décision dans la pratique

Répondez aux quatre questions dans l'ordre :

1. L'alimentation électrique peut-elle supporter le courant d'appel ? Vérifiez si la chute de tension est compatible avec ce que le reste de l'installation peut supporter. Si un démarrage direct (DOL) provoque une baisse de l'intensité lumineuse ou perturbe d'autres équipements, le démarrage direct (DOL) est à exclure, quelles que soient les autres circonstances.
2. Le démarrage de la charge est-il possible avec un couple réduit ? Il s'agit du circuit étoile-triangle. Si la charge a besoin d'un couple maximal pour démarrer, un tiers de ce couple ne suffira pas à la faire bouger et le circuit étoile-triangle est donc exclu.
3. La machine entraînée est-elle sensible aux chocs ? Les réducteurs, les transmissions par courroie, les convoyeurs et les pompes équipées de longues canalisations tirent tous profit d'un démarrage progressif. Le coup de bélier qui se produit à l'arrêt de la pompe est à lui seul un argument en faveur de l'utilisation d'un démarreur progressif.
4. Le budget le permet-il ? Si le DOL répond positivement aux questions 1 et 2 et que la charge supporte le choc, le DOL reste la bonne solution. La simplicité est une véritable vertu en ingénierie, et pas seulement un moyen de réduire les coûts.

Conséquences pour la protection et les appareillages de commutation

Quelle que soit la méthode choisie, le dispositif de protection doit être réglé en fonction du courant de démarrage, et non du courant de fonctionnement. Un disjoncteur MCCB dont le seuil de déclenchement instantané est réglé trop bas se déclenchera à chaque démarrage ; s'il est réglé trop haut, il ne protégera plus le câble. Il s'agit là d'une question de réglage de l'unité de déclenchement, qui est abordée en détail dans notre guide consacré à Réglages du dispositif de déclenchement du disjoncteur MCCB (Ir, Isd, Ii, Ig).

Les contacteurs doivent également être choisis en fonction des conditions de fonctionnement. Les démarrages et arrêts fréquents — et en particulier la commutation étoile-triangle — constituent des conditions de fonctionnement plus exigeantes que le simple maintien d'un moteur sous tension. Si vous procédez à la mise en service ou au dépannage d'un démarreur, notre Guide de dépannage des contacteurs CA traite des modes de défaillance les plus courants. Pour les moteurs de plus grande taille, le SMO-K 80–95 A et SMO-K 115–150 A ces fourchettes couvrent la partie supérieure.

Erreurs courantes

• Choix du démarrage étoile-triangle pour une charge à couple de démarrage élevé. Même un couple correspondant à un tiers de la valeur nominale ne parvient pas à le faire bouger, et le moteur reste bloqué en configuration en étoile jusqu’à ce que la minuterie s’éteigne ou que le disjoncteur de surcharge se déclenche.
• Réglage du temporisateur étoile-triangle à l'aveuglette. Si vous commutez trop tôt, vous obtenez un pic de courant ; si vous le faites trop tard, le moteur fonctionne en étoile avec difficulté.
• Ignorer la transition ouverte. Cette coupure momentanée génère son propre pic de tension, et sur certaines alimentations, c'est justement ce pic qui constitue le problème que vous cherchiez à résoudre.
• On s'attend à ce qu'un démarreur progressif contrôle la vitesse. Il contrôle les rampes de démarrage et d'arrêt. Le contrôle de la vitesse de fonctionnement nécessite un variateur de fréquence.
• Dimensionnement du disjoncteur en fonction du courant de fonctionnement. C'est le courant de démarrage qui détermine s'il y aura un déclenchement intempestif.
• Oublier la ventilation. Les démarreurs progressifs dégagent de la chaleur ; un boîtier hermétique ne prévoyant pas de dissipation de cette chaleur constitue un risque de défaillance.

Foire aux questions

À partir de quelle taille de moteur dois-je cesser d'utiliser le démarrage direct à l'enclenchement (DOL) ?

Il n'existe pas de seuil universel en kW : la limite est déterminée par la capacité du réseau à absorber le courant de démarrage et par la tolérance de la charge au couple maximal. À titre indicatif, de nombreuses installations utilisent couramment le démarrage direct (DOL) jusqu'à 5–7,5 kW, et au-delà lorsque le réseau est robuste et que la charge démarre à faible charge.

Pourquoi le démarrage étoile-triangle réduit-il autant le couple ?

Le couple et le courant varient tous deux approximativement proportionnellement au carré de la tension appliquée. Dans un montage en étoile, chaque enroulement reçoit 1/√3 de la tension de ligne ; ainsi, ces deux grandeurs tombent toutes deux à environ un tiers de leur valeur au démarrage direct. C’est précisément pour cette raison que le démarrage étoile-triangle ne fonctionne qu’avec des charges à démarrage léger.

Puis-je utiliser un démarreur progressif à la place du démarrage étoile-triangle que j'utilise actuellement ?

En général, oui, et cela permet d'éviter d'utiliser un câble à six conducteurs et d'avoir recours à une transition ouverte. En contrepartie, cela implique un coût d'investissement plus élevé, un échauffement du tableau électrique et la nécessité de s'assurer que la charge ne nécessite pas de régulation de vitesse pendant son fonctionnement.

Ai-je besoin d'un contacteur de dérivation avec un démarreur progressif ?

La plupart des installations en utilisent un. Une fois que le moteur a atteint sa vitesse de régime, le contacteur contourne les thyristors, ce qui élimine leur dissipation thermique en fonctionnement normal et prolonge leur durée de vie.

La méthode de démarrage a-t-elle une incidence sur le choix du disjoncteur ?

Oui. Les seuils de déclenchement instantané et à court terme du disjoncteur doivent être supérieurs au courant de démarrage afin d'éviter tout déclenchement intempestif, tandis que la protection à long terme doit continuer à assurer la protection du câble. Un courant de démarrage plus faible facilite la recherche de ce juste équilibre.

Privilégiez d'abord le couple, puis le prix

La question déterminante n'est presque jamais “ lequel est le moins cher ”, mais “ lequel permettra réellement de démarrer cette charge avec cette alimentation ”. Répondez d'abord aux questions relatives au couple et au courant d'appel, et la question du coût se résoudra généralement d'elle-même.

Vous construisez des démarreurs de moteurs et avez besoin de contacteurs et de dispositifs de protection adaptés à l'utilisation prévue ? Envoyez-nous les caractéristiques techniques des moteurs et la méthode de démarrage. Contactez notre équipe d'ingénieurs et nous vérifierons quelle est la bonne combinaison de contacteur et de disjoncteur MCCB.

Lectures complémentaires

• Guide de sélection des contacteurs CA : caractéristiques techniques, bobines et applications de la série SMO-K
• Qu'est-ce qu'un contacteur CA ? Fonctionnement, composants et utilisations
• Réglages du déclencheur du disjoncteur MCCB (Ir, Isd, Ii, Ig)