Les démarreurs progressifs

Le moteur asynchrone à courant alternatif, le plus répandu dans l’industrie, démarre très souvent directement sur le réseau, à l’aide d’un contacteur principal et d’un relais de surcharge thermique. Cette méthode a néanmoins l’inconvénient d’entraîner un courant de démarrage qui peut atteindre un multiple de l’intensité assignée. Ce fort appel de courant est responsable non seulement de chutes de tension préjudiciables aux autres équipements raccordés au réseau, mais aussi de contraintes mécaniques excessives qui peuvent détériorer le moteur. Les démarreurs progressifs constituent la parade à ces surcharges. ABB fabrique et commercialise depuis longtemps une vaste gamme de ces appareils.

 

Courbes de courant et de couple d’un moteur asynchrone à cage d’écureuil classique sans démarreur progressif.

Un dispositif électronique à thyristors

Un démarreur progressif à électronique de puissance a pour vocation de limiter le courant appelé au démarrage, en augmentant progressivement la tension appliquée au moteur, réduisant ainsi les valeurs initiales de couple et d’intensité.

Le démarreur progressif est un dispositif électronique à thyristors. Ces composants semi-conducteurs bipolaires, mis au point dans les années 1950, conviennent aujourd’hui à de très hauts niveaux de tension et de courant. Les thyristors d’un démarreur progressif sont montés tête-bêche sur chaque phase du moteur. Un contrôle judicieux de leur allumage assure une augmentation progressive de la tension de démarrage, l’angle d’allumage variant graduellement pour produire une rampe de tension et de couple, et accélérer le moteur.

L’un des avantages de ce démarrage en douceur, sans à-coups mécaniques, est que le couple peut être réglé exactement à la valeur requise.

 

Représentation simplifiée du démarreur progressif.

Une fonction intégrée d’arrêt progressif

Atout supplémentaire: la fonction intégrée d’arrêt progressif, très utile, par exemple, pour arrêter les pompes des réseaux d’eau sensibles aux coups de bélier, lesquels se produisent lors d’un arrêt direct en démarrage étoile-triangle ou direct sur le réseau. L’arrêt progressif peut également éviter tout dommage matériel provoqué par l’arrêt brutal d’une bande transporteuse.

Après avoir été l’un des précurseurs du domaine dans les années 1970, le britannique Fairford Electronics fut parmi les premiers à concevoir et à produire un départ-moteur triphasé doté d’une fonction d’optimisation énergétique automatique et de démarrage progressif pour économiser l’énergie. Intéressé par l’idée, ASEA entreprit, en 1982, de collaborer avec une petite société suédoise, Elfi, pour développer son propre démarreur en mettant à profit le savoir-faire de son partenaire et les composants de Fairford Electronics.

Le projet fut une réussite, couronnée en 1984 par le lancement du premier démarreur progressif d’ASEA, le DEHE, à l’occasion du Salon international de la production et de la distribution de l’énergie électrique Elfack (Suède). Pourtant, à l’époque, les avantages du démarrage progressif ne faisaient pas encore recette, si ce n’est auprès de clients suédois des secteurs de l’exploitation minière et de l’industrie du papier. ASEA dut donc former le marché à ce nouveau concept.

 

L’offre de démarreurs progressifs d’ABB.

 

Les composants d’un démarreur progressif moderne

Les principaux composants d’un démarreur progressif moderne sont pour l’essentiel les mêmes que ceux des premières versions: un contacteur, un relais de surcharge et des thyristors. À cela s’ajoutent une carte électronique, un dissipateur thermique, des ventilateurs et un boîtier.

En 1993, une nouvelle mouture comprenant de multiples fonctions voyait le jour: la gamme PSD. Proposée dans une plage de tensions définie, elle ouvrait de nouveaux débouchés à l’échelle mondiale. Le démarreur progressif PSD remporta un franc succès tout au long de la décennie 1990 et, même si Fairford Electronics était encore responsable de son volet technique, ABB sut mettre à profit sa force de vente et son expérience commerciale pour déployer massivement ce produit.

C’est en 2000 qu’apparaît le PSS, premier démarreur ABB conçu et fabriqué dans son usine d’Örjan, en périphérie de Västerås (Suède). Deux ans plus tard, l’appareil est encore amélioré et l’offre ABB est dès lors déclinée en deux gammes, allant du simple PSS au PSD plus évolué.

 

Le premier à intégrer un by-pass en fonctionnement normal

En 2004, le nouveau modèle PST conforte la présence d’ABB sur ce marché, notamment en Chine. Il s’agit du premier démarreur progressif à intégrer un contact de by-pass en fonctionnement normal pour économiser l’énergie, en évitant les pertes par conduction des thyristors. Les développements ultérieurs ont surtout porté sur de nouveaux algorithmes pour renforcer les fonctionnalités du produit, ainsi que sur l’emploi d’outils de modélisation et de simulation pour étudier le fonctionnement du démarreur dans les applications de pompage d’eau. La baisse des coûts fut aussi un axe de progrès: le lancement du PSE en 2010 a consacré l’expertise mondiale du groupe ABB dans le domaine des démarreurs progressifs.

Depuis 2014, nombreux sont les démarreurs progressifs à communiquer sous protocoles Modbus, Profibus, DeviceNet, Interbus-S, LonWorks, etc., grâce à leur port de transmission, habituellement sur fibre optique. Ils s’enrichissent également de diagnostics et d’interfaces hommes-machines intuitives, s’intégrant en outre à d’autres appareils, tels que les automates programmables. Autant de fonctions dont est paré le nouveau démarreur progressif PSTX.

Comme pour bien d’autres équipements industriels, la tendance est au développement des fonctions de diagnostic pour répondre aux exigences croissantes de fiabilité et de disponibilité. De nouvelles techniques, tel l’Internet des objets, des services et des personnes (IoTSP), tracent la voie d’une connectivité étendue qui améliorera la maintenance préventive et l’intégration dans le milieu industriel.

 

Source: ABB Review 3/16

 

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* ABB Electrification Products, Västerås (Suède)