Moteur électrique et armoire ensemble : bien spécifier les dispositifs de protection à la commande

Le matin de la mise en service, l'électricien qui ouvre la boîte à bornes découvre, à côté des trois bornes de puissance, deux fils fins supplémentaires : les extrémités des sondes PTC noyées dans le bobinage. Or l'armoire électrique ne comporte aucun relais à thermistance pour les raccorder. Soit les fils restent en l'air et le moteur démarre sans protection thermique, soit le chantier est repoussé d'une semaine. Nous voyons souvent l'inverse : l'armoire a été équipée d'un relais à entrée PTC, mais le moteur est livré sans sonde et l'on ponte l'entrée du relais.

Le point commun de ces deux situations : le moteur et l'armoire ont été commandés séparément, sans lien entre les deux. La protection est une chaîne où les éléments internes du moteur fonctionnent avec les appareils de l'armoire ; c'est ainsi qu'il faut l'aborder lors de la commande.

Les deux moitiés de la chaîne de protection

Classer en deux groupes les éléments qui participent à la protection d'un moteur asynchrone facilite le travail :

• Ce qui se trouve dans ou sur le moteur : sonde de température du bobinage (PTC ou PT100), résistance anti-condensation, bornes auxiliaires dans la boîte à bornes, entrées de câbles et, sur les grandes carcasses alimentées par variateur, roulement isolé ou mise à la terre de l'arbre. Ces éléments sont ajoutés lors de la fabrication du moteur ou avant son expédition ; les ajouter ensuite sur site est difficile, voire impossible.
• Ce qui se trouve dans l'armoire : protection contre les courts-circuits (fusibles ou disjoncteur moteur), protection contre les surcharges (relais thermique ou relais électronique), surveillance de perte et d'ordre des phases, relais d'évaluation auquel la sonde est raccordée, contact qui commande la résistance et l'appareil de démarrage lui-même.

Le premier groupe figure dans la commande du moteur, le second dans celle de l'armoire. Le problème, c'est que les deux commandes partent souvent de bureaux différents. Nous avons détaillé quel appareil intervient pour quel défaut dans notre article sur la répartition des rôles entre relais thermique, fusible et disjoncteur moteur (MPCB) ; ici, il s'agit de faire concorder les deux moitiés.

Les éléments de protection à ajouter à la commande du moteur

Sonde de température du bobinage

Les appareils qui surveillent le courant estiment l'échauffement du moteur de manière indirecte. Avec un capot de ventilateur obstrué, une température ambiante élevée ou un fonctionnement prolongé à basse vitesse sur variateur, le bobinage peut chauffer alors que le courant paraît normal. Il est donc logique de demander une sonde pour les moteurs alimentés par variateur, soumis à des démarrages fréquents ou installés en ambiance chaude. Dans les séries triphasées HEM Motor, les sondes PTC et PT100 sont des options sélectionnables à la commande. Le choix détermine aussi l'appareil d'évaluation dans l'armoire : la PTC se raccorde à un relais qui déclenche à un seuil, la PT100 à une entrée qui lit la température en continu. Pour les types de sondes et les valeurs de réglage, consultez notre article sur les sondes PT100 et les thermistances PTC.

Résistance anti-condensation

Dans les moteurs qui restent longtemps à l'arrêt, fonctionnent en extérieur ou dans des lieux à fort écart de température entre le jour et la nuit, l'humidité se condense à l'intérieur de la carcasse. La résistance est alimentée lorsque le moteur est à l'arrêt et coupée lorsqu'il tourne. Il faut donc prévoir dans l'armoire une alimentation séparée et un verrouillage réalisé avec le contact auxiliaire du contacteur principal. Une résistance commandée avec le moteur, mais dont l'alimentation n'a pas été prévue dans l'armoire, ne sert à rien sur site.

Entrées de câbles et boîte à bornes

Lorsqu'on ajoute une sonde et une résistance, un ou deux câbles supplémentaires entrent dans la boîte à bornes en plus du câble de puissance. Le nombre d'entrées varie selon la carcasse : par exemple, 2×M40×1,5 sur les carcasses H160–180 et 2×M32×1,5 sur les carcasses H112–132. Comme le câble de sonde ne doit pas passer par le même presse-étoupe que le câble de puissance, le nombre d'entrées et l'orientation de la boîte à bornes doivent être discutés à la commande.

Grandes carcasses alimentées par variateur

Sur les moteurs de grande taille alimentés par un variateur de fréquence, un roulement isolé ou une mise à la terre de l'arbre peut être nécessaire contre les courants de palier ; avec de grandes longueurs de câble, on ajoute un filtre dv/dt ou un filtre sinus en sortie du variateur. Ce sont des maillons souvent oubliés de la chaîne de protection, et tous deux ont leur pendant à la fois côté moteur et côté armoire. Nous traitons la question de la longueur de câble dans un article dédié à la distance de câble entre variateur et moteur.

L'équipement type de l'armoire selon le mode de démarrage

C'est surtout le mode de démarrage qui détermine les appareils présents dans l'armoire. Les listes ci-dessous ne sont pas une recette figée, mais une base de comparaison pour repérer l'élément manquant dans une commande :

• Démarrage direct (DOL) : disjoncteur moteur ou fusibles + contacteur + relais thermique ; relais à thermistance si le moteur est équipé de sondes. C'est l'ensemble le plus simple pour les petites puissances, mais le courant de démarrage est élevé.
• Étoile-triangle : trois contacteurs, un relais temporisé et un relais thermique. Comme le relais thermique est généralement placé dans la ligne du contacteur principal, sa valeur de réglage est d'environ 0,58 fois le courant indiqué sur la plaque. Le moteur doit être bobiné pour fonctionner en triangle sous 400 V ; si cette information ne figure pas dans la commande du moteur, l'armoire est inutilisable.
• Démarreur progressif : la protection électronique contre les surcharges intégrée à l'appareil remplace le plus souvent le relais thermique ; le contacteur de by-pass, le temps de démarrage et le nombre de démarrages par heure sont déterminants dans le choix de l'appareil.
• Variateur de fréquence : le variateur surveille le courant du moteur, mais ne mesure pas la température du bobinage d'un moteur qui tourne longtemps à basse vitesse. C'est pourquoi, si l'entrée PTC du variateur doit être utilisée, le moteur doit être commandé avec sondes.

Si vous utilisez un relais de protection électronique regroupant plusieurs fonctions dans un seul appareil, l'article sur les fonctions des relais de protection vous indique lesquelles activer.

La fiche de données à transmettre au fabricant de l'armoire

Pour bien concevoir l'armoire, ce n'est pas le catalogue du moteur qu'il faut, mais les informations propres à ce moteur. Une liste d'une page suffit :

1. Puissance nominale, courant nominal et tension de plaque avec le couplage (230/400 V ou 400/690 V).
2. Mode de démarrage et nature du démarrage de la charge : légère comme une pompe, ou lourde comme un convoyeur chargé ?
3. Nombre d'arrêts et de démarrages par heure.
4. Options du moteur : type et nombre de sondes, tension et puissance de la résistance.
5. Température ambiante et altitude. Les valeurs du catalogue sont valables de −15 °C à +40 °C et jusqu'à 1000 m ; au-delà, un déclassement en puissance peut être nécessaire.
6. Longueur de câble entre le moteur et l'armoire, particulièrement importante avec un variateur.

Préparer cette liste dès la demande de devis du moteur garantit que les deux fournisseurs parlent du même moteur. Pour les points généraux souvent négligés côté moteur, notre article sur les points à vérifier lors de l'achat d'un moteur vous sera utile en complément.

Ce qui manque le plus souvent sur site

Les gros appareils sont rarement oubliés ; ce qui bloque la mise en service, ce sont généralement les petites pièces :

• La tension d'alimentation auxiliaire du relais à thermistance ne correspond pas à la tension de commande de l'armoire.
• Le câble de sonde a été pris non blindé et, posé dans le même chemin de câbles que le câble de puissance, il fait déclencher le relais sans raison.
• Aucun fusible ni contact séparé n'a été prévu dans l'armoire pour alimenter la résistance.
• Le nombre de presse-étoupes de la boîte à bornes est insuffisant, on tente de percer un trou pour le second câble et l'indice de protection est compromis.
• La plage de réglage du relais thermique ne couvre pas le courant de plaque du moteur.

Conclusion

Considérer l'équipement de protection comme un poste d'achat distinct du moteur conduit à des extrémités de chaîne qui ne concordent pas. La sonde, la résistance et les entrées de câbles du moteur, ainsi que le relais, l'alimentation et l'appareil de démarrage de l'armoire, doivent être définis à partir de la même fiche de données. Sur nos moteurs électriques triphasés, vous pouvez préciser les options de sonde et de résistance dès la commande ; pour arrêter la configuration adaptée à votre application, contactez notre équipe technique.

Foire aux questions

Peut-on ajouter une sonde PTC sur un moteur après coup ?

Les sondes sont placées à l'intérieur du bobinage afin de mesurer directement sa température. Sur un moteur en service, on ne peut généralement les ajouter qu'à l'occasion d'un rebobinage ; s'il y a un besoin, il faut donc les demander à la commande.

Avec un variateur de fréquence, faut-il encore un relais thermique ?

La plupart des variateurs assurent une protection contre les surcharges basée sur le courant du moteur et rendent inutile un relais thermique séparé dans une application à moteur unique. En revanche, ils ne détectent pas par le courant l'affaiblissement du refroidissement à basse vitesse ; la sonde de bobinage et l'entrée sonde du variateur doivent donc être envisagées ensemble.

La résistance anti-condensation est-elle nécessaire sur tous les moteurs ?

Elle n'est généralement pas nécessaire pour des moteurs fonctionnant en continu dans des locaux fermés, secs et à température stable. Pour les moteurs de rechange restant longtemps à l'arrêt, en extérieur et dans les sites humides, c'est en revanche un moyen pratique d'éviter que le bobinage ne prenne l'humidité.

Pourquoi donner des informations sur l'armoire lors de la commande du moteur ?

Des choix comme le couplage, le type de sonde et les entrées de câbles dépendent des appareils de l'armoire. Si ces informations sont partagées dès le départ, le moteur peut être raccordé à l'armoire existante ou à construire sans aucune modification supplémentaire.