Démarrage en douceur du moteur électrique. Méthodes de démarrage d'un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé Démarreurs progressifs
Question: Qu'est-ce qu'un barno de moteur électrique et que signifie l'abréviation BARNO ?
Répondre:
BARNO
Abréviation – Enroulements démarrés de l’unité de distribution. Il serait plus correct de dire la boîte à bornes.
BRNO
Lorsque dans la littérature sur l'électrotechnique ou sur les forums, on rencontre des termes tels que «frein moteur électrique», le décryptage devient une excursion fascinante dans l'histoire du développement de l'électrotechnique.
Précisons d'emblée que désormais ce terme est extrêmement rarement utilisé.
On peut l'entendre chez les électriciens âgés de la vieille école qui éclipsent ce mot, sachant d'avance qu'ils ont peu de chances d'être compris par ceux à qui ils s'adressent. Mais cela leur donne l’opportunité « d’enseigner aux jeunes ».
Version technique de l'origine du nom
Concernant l’origine de ce terme, il existe deux versions, chacune étant tout à fait plausible.
Selon la première, la plus courante, Brno est une abréviation qui signifie « l'unité de déconnexion (ou de distribution) a démarré les enroulements ». Ce décodage est tout à fait acceptable, puisque le terme « châssis du moteur » fait référence à la boîte à bornes installée sur son corps, et dans laquelle les bornes des extrémités des enroulements du moteur électrique sont en fait connectées d'une certaine manière (déconnectées).
Version historique et linguistique
Selon la deuxième version, le terme vient du nom « born or borns ».
Voici ce que dit le dictionnaire Brockhaus et Efron à ce sujet : « Borns (autrement appelés bornes) - en génie électrique, on entend les pinces en cuivre sur les machines dynamoélectriques et autres appareils électriques pour fixer les fils (conducteurs, fils). » Si nous prenons cette version comme version principale, alors d'autres prononciations du nom de la boîte à bornes – « moteur électrique brno » ou « boîte bourne » – deviennent claires.
Destination Brno
Le BRN d'un moteur électrique est une boîte à bornes dans laquelle sont connectées les bornes des bobinages d'un moteur électrique asynchrone. La manière dont ces bornes sont connectées détermine le circuit dans lequel le moteur sera connecté – étoile ou triangle.
Le choix du circuit de commutation dépend de la conception du moteur et de la tension d'alimentation. Structurellement, les moteurs domestiques actuellement produits sont conçus pour être connectés à un réseau triphasé 220/380 V en configuration étoile. Si nous considérons toutes les options, nous obtenons ce qui suit :
Réseau 127/220 V (une norme utilisée en URSS jusque dans les années 60 et quasiment non conservée) - les moteurs modernes sont connectés en triangle.
réseau 220/380 (230/400) V (produit en Europe occidentale) - connecté à nos réseaux uniquement par un triangle ;
Réseau monophasé 220 V - lors de la connexion d'un moteur électrique asynchrone triphasé à un réseau monophasé, à l'aide de condensateurs, les enroulements sont connectés en triangle.
Dans de rares cas, une connexion combinée à un réseau 220/380 V est utilisée, lorsque lors du démarrage, pour réduire les courants de démarrage, le moteur est allumé en étoile, et après le stator et un ensemble de tours, il passe à un triangle. Dans ce cas, les extrémités des enroulements sont sorties dans l'armoire de commande et ne sont pas utilisées.
Quelle que soit l'origine du terme « Brno », ou ses variantes « Barno » ou « Born », nous parlons de la boîte à bornes du moteur électrique dans laquelle sont commutées les extrémités des enroulements.
Comment démarrer un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé ?
Le moyen le plus simple de démarrer un moteur triphasé en monophasé consiste à connecter son troisième enroulement via un dispositif de déphasage. Un tel dispositif peut être une résistance active, une inductance ou un condensateur.
Avant de connecter un moteur triphasé à un réseau monophasé, vous devez vous assurer que la tension nominale de ses enroulements correspond à la tension nominale du réseau. Un moteur asynchrone triphasé possède trois enroulements statoriques. En conséquence, la boîte à bornes doit contenir 6 bornes pour connecter l'alimentation. Si nous ouvrons la boîte à bornes, nous verrons le bore du moteur. 3 enroulements du moteur sont connectés au bore. Leurs extrémités sont connectées aux bornes. La puissance du moteur est connectée à ces bornes.
Chaque enroulement a un début et une fin. Les débuts des enroulements sont marqués C1, C2, C3. Les extrémités des enroulements sont respectivement marquées C4, C5, C6. Sur le couvercle de la boîte à bornes, nous verrons un schéma de connexion du moteur au réseau à différentes tensions d'alimentation. D'après ce schéma, il faut connecter les enroulements. Ceux. si le moteur permet d'utiliser des tensions 380/220, alors pour le connecter à un réseau monophasé 220V, il faut commuter les bobinages sur un circuit triangle.
Si son schéma de raccordement autorise le 220/127 V, alors il doit être connecté à un réseau monophasé 220 V en circuit étoile, comme indiqué sur la figure.
Circuit avec résistance active de démarrage
La figure montre un circuit de connexion monophasé pour un moteur triphasé avec une résistance active de démarrage. Ce circuit n'est utilisé que dans les moteurs de faible puissance, car la résistance perd une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur.
Les circuits les plus courants sont ceux à condensateurs. Pour changer le sens de rotation du moteur, un interrupteur doit être utilisé. Idéalement, pour le fonctionnement normal d'un tel moteur, il faut que la capacité du condensateur varie en fonction du régime. Mais cette condition est assez difficile à remplir, c'est pourquoi un circuit de commande à deux étages pour un moteur électrique asynchrone est généralement utilisé. Pour faire fonctionner le mécanisme entraîné par un tel moteur, deux condensateurs sont utilisés. L'un est connecté uniquement au démarrage, et une fois le démarrage terminé, il est éteint et il ne reste qu'un seul condensateur. Dans ce cas, on constate une diminution notable de sa puissance utile sur l'arbre jusqu'à 50...60 % de la puissance nominale lorsqu'il est connecté à un réseau triphasé. Ce type de démarrage de moteur est appelé démarrage par condensateur.
Lors de l'utilisation de condensateurs de démarrage, il est possible d'augmenter le couple de démarrage jusqu'à une valeur de MP/Mn = 1,6-2. Cependant, cela augmente considérablement la capacité du condensateur de démarrage, ce qui augmente sa taille et le coût de l'ensemble du dispositif de déphasage. Pour obtenir un couple de démarrage maximal, la valeur de la capacité doit être sélectionnée dans le rapport Xc = Zk, c'est-à-dire que la capacité est égale à la résistance de court-circuit d'une phase du stator. En raison du coût élevé et des dimensions de l'ensemble du dispositif de déphasage, le démarrage par condensateur n'est utilisé que lorsqu'un couple de démarrage important est requis. À la fin de la période de démarrage, l'enroulement de démarrage doit être éteint, sinon l'enroulement de démarrage surchauffera et grillera. Un inducteur d'inductance peut être utilisé comme dispositif de démarrage.
Démarrage d'un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé, via un convertisseur de fréquence
Pour démarrer et contrôler un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé, vous pouvez utiliser un variateur de fréquence alimenté à partir d'un réseau monophasé. Le schéma fonctionnel d'un tel convertisseur est présenté sur la figure. Le démarrage d'un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé à l'aide d'un convertisseur de fréquence est l'un des plus prometteurs. C'est donc lui qui est le plus souvent utilisé dans les nouveaux développements de systèmes de contrôle pour les entraînements électriques réglables. Son principe réside dans le fait qu'en modifiant la fréquence et la tension d'alimentation du moteur, il est possible, conformément à la formule, de modifier sa vitesse de rotation.
Le convertisseur lui-même se compose de deux modules, généralement logés dans un seul boîtier :
— un module de contrôle qui contrôle le fonctionnement de l'appareil ;
— un module de puissance qui alimente le moteur en électricité.
Utilisation d'un convertisseur de fréquence pour démarrer un moteur asynchrone triphasé. permet de réduire considérablement le courant de démarrage, car le moteur électrique a une relation stricte entre courant et couple. De plus, les valeurs du courant de démarrage et du couple peuvent être ajustées dans des limites assez larges. De plus, à l'aide d'un convertisseur de fréquence, vous pouvez réguler la vitesse du moteur et du mécanisme lui-même, tout en réduisant une partie importante des pertes dans le mécanisme.
Inconvénients de l'utilisation d'un convertisseur de fréquence pour démarrer un moteur asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé : le coût assez élevé du convertisseur lui-même et de ses périphériques. L'apparition d'interférences non sinusoïdales dans le réseau et une diminution des indicateurs de qualité du réseau.
Lorsque des termes tels que « cadre de moteur électrique » apparaissent dans la littérature sur l'électrotechnique ou sur des forums spécialisés, le décryptage devient une excursion fascinante dans l'histoire du développement de l'électrotechnique. Précisons d'emblée que désormais ce terme est extrêmement rarement utilisé. On ne peut l'entendre que chez les électriciens âgés de la vieille école, qui éclipsent ce mot, sachant d'avance qu'ils ont peu de chances d'être compris par ceux à qui ils s'adressent. Mais cela leur donne l'opportunité « d'enseigner aux jeunes » et en même temps de prendre une pause cigarette imprévue.
Version technique de l'origine du nom
Concernant l’origine de ce terme, il existe deux versions, chacune étant tout à fait plausible. Selon la première, la plus courante, brno est une abréviation qui signifie « unité de déconnexion (ou unité de distribution) du début des enroulements ». Ce décodage semble tout à fait acceptable, puisque le terme « châssis du moteur » fait référence à la boîte à bornes installée sur son corps, et dans laquelle les bornes des extrémités des enroulements du moteur électrique sont en fait connectées d'une certaine manière (déconnectées).
Il est possible que la raison de l'apparition d'un nom aussi étrange pour la langue russe soit la passion excessive pour les abréviations dans les années 20 et 30, lorsque « l'électrification de tout le pays » a eu lieu. Le nom « GOELRO », d'ailleurs, est aussi une abréviation - « Plan d'État pour l'électrification de la Russie ».
Version historique et linguistique
Selon la deuxième version, le terme viendrait du nom « Born or Bornes ». Voici ce que dit le dictionnaire Brockhaus et Efron à ce sujet : « Borns (autrement appelés bornes) - en génie électrique, désigne les pinces en cuivre sur les machines dynamoélectriques et autres appareils électriques pour fixer les fils (conducteurs, fils). » Si nous prenons cette version comme version principale, alors d'autres prononciations du nom de la boîte à bornes - « moteur électrique barno » ou « boîte bourne » - deviennent claires.
Destination Brno
Ainsi, avec l'étymologie, tout est incertain, mais avec l'électrotechnique, tout est simple et clair. Brno d'un moteur électrique est une boîte à bornes dans laquelle sont connectées les bornes des enroulements d'un moteur électrique asynchrone. La manière dont ces bornes sont connectées déterminera le circuit par lequel le moteur sera connecté – étoile ou triangle. Le choix du circuit de commutation dépend de la conception du moteur et de la tension d'alimentation. Structurellement, les moteurs domestiques actuellement produits sont conçus pour être connectés à un réseau triphasé 220/380 V en configuration étoile. Si nous considérons toutes les options, nous obtenons ce qui suit :
- Réseau 127/220 V (standard utilisé en URSS jusque dans les années 60 et quasiment non conservé) - les moteurs modernes sont connectés en triangle ;
- Réseau 220/380 (230/400) V - raccordement nominal - étoile ;
- Moteurs électriques 400/690 V (fabriqués en Europe occidentale) - connectés à nos réseaux uniquement par un triangle ;
- Réseau monophasé 220 V - lors de la connexion d'un moteur électrique asynchrone triphasé à un réseau monophasé, à l'aide de condensateurs, les enroulements sont connectés en triangle.
Dans de rares cas, une connexion combinée à un réseau 220/380 V est utilisée, lorsque lors du démarrage, pour réduire les courants de démarrage, le moteur est allumé en étoile, et après avoir démarré et pris de la vitesse, il passe en triangle. Dans ce cas, les extrémités des enroulements sont conduites vers l’armoire de commande et l’enroulement n’est pas utilisé.
Quelle que soit l'origine du terme « Brno », ou de ses variantes « Barno » et « Born », nous parlons de la boîte à bornes du moteur électrique dans laquelle sont commutées les extrémités des enroulements. Comme le montre la liste des options de connexion ci-dessus, une telle commutation est nécessaire lors du fonctionnement de moteurs électriques dans différents modes.
Les moteurs électriques sont les machines électriques les plus répandues au monde. Aucune entreprise industrielle, aucun processus technologique ne peut s'en passer. Rotation des ventilateurs, des pompes, mouvement des bandes transporteuses, mouvement des grues - il s'agit d'une liste incomplète, mais déjà importante, de tâches résolues à l'aide de moteurs.
Il existe cependant une nuance dans le fonctionnement de tous les moteurs électriques sans exception : au moment du démarrage, ils consomment brièvement un courant important, appelé courant de démarrage.
Lorsqu'une tension est appliquée à l'enroulement du stator, la vitesse de rotation du rotor est nulle. Le rotor doit être déplacé et tourné à la vitesse nominale. Cela nécessite beaucoup plus d’énergie que ce qui est nécessaire pour le mode de fonctionnement nominal.
En charge, les courants d’appel sont plus élevés qu’au ralenti. La résistance mécanique à la rotation du mécanisme entraîné par le moteur s'ajoute au poids du rotor. En pratique, ils tentent de minimiser l’influence de ce facteur. Par exemple, pour les ventilateurs puissants, les registres des conduits d'air se ferment automatiquement au moment du démarrage.
Au moment où le courant de démarrage provient du réseau, une puissance importante est consommée pour amener le moteur électrique à son mode de fonctionnement nominal. Plus le moteur électrique est puissant, plus il a besoin de puissance pour accélérer. Tous les réseaux électriques ne tolèrent pas ce régime sans conséquences.
La surcharge des lignes d'alimentation entraîne inévitablement une diminution de la tension du réseau. Cela rend non seulement le démarrage des moteurs électriques encore plus difficile, mais affecte également les autres consommateurs.
Et les moteurs électriques eux-mêmes subissent des charges mécaniques et électriques accrues lors des processus de démarrage. Les mécaniques sont associées à une augmentation du couple sur l'arbre. Les électriques, associés à une augmentation à court terme du courant, affectent l'isolation des enroulements du stator et du rotor, des connexions de contact et de l'équipement de démarrage.
Méthodes pour réduire les courants d'appel
Les moteurs électriques de faible puissance dotés de ballasts bon marché démarrent assez bien sans aucun moyen. Réduire leurs courants de démarrage ou modifier la vitesse de rotation n’est pas économiquement réalisable.
Mais, lorsque l'influence sur le mode de fonctionnement du réseau lors du processus de démarrage est importante, les courants d'appel doivent être réduits. Ceci est réalisé grâce à :
- application de moteurs électriques à rotor bobiné ;
- utiliser un circuit pour commuter les enroulements de l'étoile au triangle ;
- utilisation de démarreurs progressifs ;
- utilisation de convertisseurs de fréquence.
Une ou plusieurs de ces méthodes conviennent à chaque mécanisme.
Moteurs électriques à rotor bobiné
L'utilisation de moteurs électriques asynchrones à rotor bobiné dans des zones de travail aux conditions de travail difficiles est la forme la plus ancienne de réduction des courants de démarrage. Sans eux, le fonctionnement des grues électrifiées, des excavatrices, ainsi que des concasseurs, cribles et broyeurs, qui démarrent rarement lorsqu'il n'y a pas de produit dans le mécanisme entraîné, est impossible.
La réduction du courant de démarrage est obtenue en supprimant progressivement les résistances du circuit du rotor. Initialement, au moment où la tension est appliquée, la résistance maximale possible est connectée au rotor. Au fur et à mesure que le relais temporisé accélère, ils activent l'un après l'autre des contacteurs qui contournent les sections résistives individuelles. En fin d'accélération, la résistance supplémentaire reliée au circuit rotorique est nulle.
Les moteurs de grue ne disposent pas de commutation automatique d'étage avec résistances. Cela se produit à la volonté du grutier qui déplace les leviers de commande.
Commutation du schéma de connexion de l'enroulement du stator
Dans le brno (bloc de distribution de démarrage des enroulements) de tout moteur électrique triphasé, il y a 6 bornes des enroulements de toutes les phases. Ainsi, ils peuvent être connectés soit en étoile, soit en triangle.
De ce fait, une certaine polyvalence dans l'utilisation de moteurs électriques asynchrones est obtenue. Le circuit de connexion en étoile est conçu pour un niveau de tension plus élevé (par exemple, 660 V) et le circuit de connexion en triangle pour un niveau de tension inférieur (dans cet exemple, 380 V).
Mais à une tension d'alimentation nominale correspondant à un circuit triangle, vous pouvez utiliser un circuit en étoile pour pré-accélérer le moteur électrique. Dans ce cas, le bobinage fonctionne à une tension d'alimentation réduite (380 V au lieu de 660) et le courant d'appel est réduit.
Pour contrôler le processus de commutation, vous aurez besoin d'un câble supplémentaire dans le moteur électrique, car les 6 bornes d'enroulement sont utilisées. Des démarreurs et relais temporisés supplémentaires sont installés pour contrôler leur fonctionnement.
Convertisseurs de fréquence
Les deux premières méthodes ne peuvent pas être appliquées partout. Mais les suivants, devenus disponibles relativement récemment, permettent de démarrer en douceur n'importe quel moteur électrique asynchrone.
Un convertisseur de fréquence est un dispositif semi-conducteur complexe qui combine l'électronique de puissance et des éléments de la technologie des microprocesseurs. La partie puissance redresse et lisse la tension du secteur, la transformant en tension constante. La partie sortie de cette tension forme une tension sinusoïdale avec une fréquence variable de zéro à la valeur nominale - 50 Hz.
De ce fait, des économies d'énergie sont réalisées : les unités entraînées en rotation ne fonctionnent pas avec une productivité excessive, étant dans un mode strictement requis. De plus, le processus technologique a la possibilité d’être affiné.
Mais c'est important dans le spectre du problème considéré : les convertisseurs de fréquence permettent un démarrage en douceur du moteur électrique, sans à-coups ni à-coups. Il n'y a aucun courant de démarrage.
Démarreurs progressifs
Un démarreur progressif pour moteur électrique est le même convertisseur de fréquence, mais avec des fonctionnalités limitées. Il ne fonctionne que lorsque le moteur électrique accélère, modifiant progressivement sa vitesse de rotation de la valeur minimale spécifiée à la valeur nominale.
Pour éviter un fonctionnement inutile de l'appareil une fois l'accélération du moteur électrique terminée, un contacteur de dérivation est installé à proximité. Il connecte le moteur électrique directement au réseau une fois le démarrage terminé.
Lors de la mise à niveau d’équipement, il s’agit de la méthode la plus simple. Il est souvent possible de le mettre en œuvre de vos propres mains, sans l'intervention de spécialistes hautement spécialisés. L'appareil est installé à la place du démarreur magnétique qui contrôle le démarrage du moteur électrique. Il peut être nécessaire de remplacer le câble par un câble blindé. Ensuite, les paramètres du moteur électrique sont entrés dans la mémoire de l'appareil et celui-ci est prêt à fonctionner.
Mais tout le monde ne peut pas gérer seul des convertisseurs de fréquence à part entière. Par conséquent, leur utilisation en exemplaires uniques n’a généralement aucun sens. L'installation de convertisseurs de fréquence n'est justifiée que lors d'une modernisation générale de l'équipement électrique de l'entreprise.