Un inverseur de marche permet de changer le sens de rotation d'un moteur triphasé en inversant deux des trois phases. Il comporte trois positions — marche avant, arrêt, marche arrière — et la manette doit passer par la position « arrêt » avant de pouvoir atteindre l'autre sens de rotation ; c'est ce qui rend la commutation sûre, contrairement à une « course » entre deux contacteurs.
Le principe est si simple qu'on le tient pour acquis, et c'est là que réside la source des défaillances. Un inverseur de marche du moteur doit couper le courant du moteur, et non le courant de commande ; le dispositif de verrouillage doit résister à une action forcée sur la poignée ; et le câblage doit permuter exactement deux phases, car en permutant trois, le moteur continue de tourner dans le sens où il a toujours tourné.
Fonctionnement d'un inverseur de marche de moteur dans ses trois positions
En position avant, le moteur reçoit l'ordre des phases L1-L2-L3. En position arrière, il reçoit l'ordre L1-L3-L2. La position centrale coupe les trois pôles, ce qui crée un intervalle défini pendant lequel il n'y a aucune connexion entre l'alimentation et le moteur.
C'est justement cet intervalle qui fait tout l'intérêt de la version mécanique. Deux contacteurs peuvent également inverser le sens de rotation d'un moteur, mais ils peuvent se fermer presque simultanément ; or, dans ce cas, deux phases sont court-circuitées entre elles via les contacteurs. Un commutateur à came élimine mécaniquement ce risque : le contact mobile quitte une borne avant d'atteindre l'autre.
| Position | Qu'est-ce qui est connecté ? | Utilisation courante |
|---|---|---|
| Attaquant (1) | L1-U, L2-V, L3-W | Sens de marche normal |
| Désactivé (0) | Tous les postes sont ouverts | Arrêt, et le temps mort entre deux instructions |
| Verso (2) | L1-W, L2-V, L3-U | Rotation inverse |
La position « arrêt » étant mécanique, un inverseur de marche ne nécessite pas de temporisateur d'inversion. Ce n'est généralement pas le cas des systèmes composés de deux contacteurs, car il faut empêcher que les contacteurs ne se chevauchent pendant au moins la durée de l'arc du premier.
Un inverseur de marche pour moteur ou deux contacteurs ?
Ces deux approches sont courantes et conviennent à des tâches différentes. Le choix dépend principalement de la fréquence à laquelle la direction change et de la personne qui la commande.
| Commutateur de caméra de recul | Deux contacteurs | |
|---|---|---|
| Interlock | Mécanique, intégré au mécanisme | Éléments mécaniques et électriques, ajoutés par le constructeur du tableau électrique |
| Fonctionnement | Manuel, local | À distance, depuis un automate programmable ou des boutons-poussoirs |
| Temps mort | Fourni par la position « arrêt » | Il faut un minuteur ou un relais de verrouillage |
| Fréquence de commutation | De temps en temps, au rythme de l'opérateur | Fréquentes, automatisées |
| Position visible | Oui, imprimé sur la plaque de la poignée | Non, sauf si des feux de signalisation sont installés |
| Meilleur pour | Palans, portes, mise en place des machines, essais de maintenance | Cycles de production, séquences automatiques |
Un commutateur à came est un dispositif manuel, ce qui le limite. Il n'est pas conçu pour effectuer un cycle d'inversion toutes les quelques secondes ; dans ce cas, les contacteurs équipés d'un verrouillage constituent la solution appropriée. Lorsque le sens de rotation change quelques fois par poste, ou lorsque l'opérateur a besoin de voir et de sentir quel sens est sélectionné, ce commutateur est plus simple et présente moins de points de défaillance.
Pourquoi deux phases et non trois ?
Inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé revient à modifier l'ordre dans lequel les phases arrivent aux enroulements. L'inversion de deux phases quelconques produit ce changement. L'inversion des trois phases n'a pas cet effet : L3-L2-L1 correspond au même ordre cyclique que L1-L2-L3, mais en partant d'un point différent ; le moteur continue donc de tourner dans le même sens.
Ce n'est pas une question théorique. Chaque année, certaines installations sont câblées avec les trois phases inversées au niveau du disjoncteur — généralement parce que les bornes ont été raccordées dans le mauvais ordre lors d'un remplacement —, ce qui se traduit par une machine qui ne fonctionne en marche arrière que sur le papier. La manette indique « marche arrière », le contacteur s'enclenche, mais le moteur tourne en marche avant.
Les moteurs monophasés constituent un cas à part. Comme il n'y a pas d'ordre des phases à inverser, l'inversion de sens de rotation s'effectue en inversant les connexions de l'enroulement de démarrage par rapport à celles de l'enroulement de marche ; il s'agit donc d'une modification à effectuer à l'intérieur de la boîte à bornes du moteur plutôt qu'au niveau du commutateur. Un commutateur d'inversion triphasé n'est pas l'appareil adapté à cette tâche.
Le dispositif de verrouillage intégré à un inverseur de marche
Un inverseur de marche pour moteur est doté d'un verrouillage mécanique : ce mécanisme empêche les jeux de contacts de marche avant et de marche arrière d'être fermés simultanément. Il s'agit là d'une caractéristique propre à ce commutateur, et c'est la raison pour laquelle un commutateur à came est plus sûr qu'une paire de contacteurs dans la même application.
Mais le verrouillage est un mécanisme, et les mécanismes peuvent être forcés. Lorsque le commutateur d'inversion alimente deux contacteurs plutôt que le moteur directement — une configuration courante sur les entraînements de grande taille —, les contacteurs doivent également disposer de leur propre verrouillage électrique, câblé de manière à ce que la bobine de marche avant soit alimentée par un contact auxiliaire normalement fermé du contacteur de marche arrière, et vice versa. L’un des verrouillages protège contre l’usure du mécanisme ; l’autre protège contre une personne munie d’un tournevis.
Deux autres points concernent le dispositif de verrouillage. La position « arrêt » doit être enclenchée délibérément, et non pas obtenue en tournant rapidement la poignée : sur un gros moteur, la force contre-électromotrice résiduelle persiste un instant après la coupure de l’alimentation, et une inversion de sens dans ces conditions provoque un pic de courant bien supérieur au courant de démarrage. De plus, un inverseur ne doit jamais être utilisé comme seul moyen d’isolation ; il s’agit d’un dispositif de commande, et non d’un sectionneur verrouillable, à moins qu’il ne soit spécifiquement conçu comme une combinaison des deux.
Détermination de la puissance nominale d'un inverseur de marche pour une utilisation avec un moteur
Sur un inverseur de marche, c'est la puissance nominale du moteur qui importe, et non le courant thermique. Un inverseur capable de supporter 20 A en continu peut se révéler très différent lorsqu'il doit couper un moteur en calage.
| Illustration figurant dans la fiche technique | Ce que cela signifie | Pourquoi est-ce important dans ce contexte ? |
|---|---|---|
| Ith (courant thermique) | Courant continu, sans commutation | Le nombre le plus élevé, et le moins pertinent pour une manœuvre de marche arrière |
| AC-3 / AC-23 | Charge du moteur, y compris le rotor bloqué | La valeur nominale qui détermine si les contacts résistent |
| Tension nominale de service | La tension à laquelle la valeur nominale s'applique | Une tension nominale de 690 V n'est pas équivalente à une tension de 400 V |
| Durée de vie mécanique | Opérations sans charge | C'est rarement la limite ; c'est généralement le cran d'arrêt qui cède en premier |
Le courant de démarrage d'un moteur est généralement cinq à sept fois supérieur au courant nominal, et un moteur en calage consomme davantage. Un inverseur de marche ouvert alors que le moteur tourne encore doit couper ce courant, et non le courant nominal indiqué sur la plaque signalétique. Si l'application consiste à arrêter un moteur en charge en inversant son sens de rotation (blocage), l'inverseur n'est absolument pas le dispositif adapté et il faut recourir à un contacteur d'inversion approprié équipé d'un temporisateur.
Pour les fabricants de tableaux électriques que nous approvisionnons, cela revient à choisir un châssis LW26 ou LW40 en se basant uniquement sur le courant thermique, ou en se basant sur le courant AC-3, ce qui implique généralement de choisir un châssis d'une ou deux tailles supérieures.
Câblage d'un inverseur de marche pour moteur
- Identifiez les trois paires de pôles. Un commutateur inverseur tripolaire comporte trois bornes d'entrée et trois bornes de sortie par sens. À l'aide d'un multimètre, vérifiez quelle borne d'entrée correspond à quelle borne de sortie dans chaque position avant d'effectuer tout raccordement.
- Reliez l'alimentation aux bornes d'entrée avant. Nommez-les L1, L2, L3 et veillez à ce que l'ordre corresponde à celui du reste du panneau.
- Reliez le moteur à la sortie. U, V, W dans le même ordre que l'entrée en mode direct, de sorte que le mode direct corresponde à une connexion en ligne droite et que le mode inverse soit le seul état croisé.
- Ne croisez que les deux extérieurs. Au verso, L1 va vers W et L3 vers U ; L2 reste sur V. Croiser les trois, c'est l'erreur classique.
- Vérifiez le sens de rotation avant de mettre la machine en marche. Débranchez la charge entraînée ou effectuez un test de démarrage brusque, c'est-à-dire une brève mise sous tension avec le moteur désaccouplé. Ne testez pas la rotation lorsque la machine est raccordée : un convoyeur ou une pompe fonctionnant à l'envers peut endommager le processus ou le produit.
- Vérifiez le dispositif de verrouillage à la main. Le panneau étant hors tension, essayez de déplacer lentement la poignée de la position « avant » vers la position « arrière » ; le mécanisme devrait la forcer à passer par la butée « arrêt » plutôt que de laisser les deux ensembles se fermer.
Si le moteur tourne dans le mauvais sens en marche avant, inversez deux des phases d'alimentation au niveau des bornes d'entrée, puis refaites le test. N'inversez pas les fils du moteur, car cela inverserait les deux sens de rotation et rendrait les indications des étiquettes caduques.
Cas d'utilisation d'un inverseur de marche pour moteur
Appareils de levage et équipements de levage. Vers le haut et vers le bas, avec une position d'arrêt mécanique entre les deux et une poignée que l'opérateur peut voir et sentir. L'interrupteur est généralement monté sur la machine ou sur un boîtier de commande suspendu, et le temps mort est important car un palan qui inverse instantanément son sens de marche impose une charge d'impact au câble.
Portes roulantes, volets roulants et portails. Il s'agit souvent d'un interrupteur d'inversion à retour par ressort plutôt que d'un interrupteur à maintenue, de sorte que la porte s'arrête lorsque l'utilisateur relâche la poignée. Il s'agit là d'un choix délibéré en matière de sécurité, et non d'une question de commodité.
Réglage et entretien des machines en mode pas à pas. Un commutateur d'inversion situé sur le panneau permet à un monteur de déplacer un coulisseau ou un chariot dans l'une ou l'autre direction lors du réglage de l'outillage. Dans ce cas, le commutateur est utilisé de manière intermittente et la position d'arrêt mécanique constitue la fonction opérationnelle.
Petits convoyeurs, mélangeurs et treuils. Lorsque le sens de rotation change de temps à autre et que le moteur est suffisamment petit pour que l'interrupteur puisse couper le courant directement, un inverseur à came permet de supprimer tout un ensemble de contacteurs du tableau électrique.
Cinq erreurs à éviter avec les inverseurs de marche des moteurs
- En passant par les trois phases. Le moteur tourne en marche avant dans les deux positions, et le défaut ne peut être détecté qu'en observant la machine plutôt que l'interrupteur.
- Dimensionnement en fonction du courant thermique. Un interrupteur à protection thermique de 20 A peut correspondre à un interrupteur de moteur de 8 A en classe AC-3 ; les contacts se piquent et finissent par se souder.
- Utilisation d'un inverseur de marche du moteur comme sectionneur. À moins que l'appareil ne soit verrouillable et homologué pour l'isolation, il s'agit d'un dispositif de commande et non d'un point d'isolation destiné à la maintenance.
- En s'appuyant sur le verrouillage de l'interrupteur lorsque des contacteurs sont installés en aval. Les contacteurs doivent disposer de leur propre verrouillage électrique ; le mécanisme de l'interrupteur ne peut pas les protéger.
- Inverser le sens de rotation d'un moteur sous charge pour l'arrêter. Le branchement génère des courants bien supérieurs à la capacité nominale du disjoncteur. Utilisez un dispositif de freinage adapté.
FAQ
Comment fonctionne un inverseur de marche pour moteur ?
Il relie le moteur à l'alimentation selon deux ordres de phases différents. En marche avant, l'ordre est L1-L2-L3 et en marche arrière, L1-L3-L2, avec une position d'arrêt intermédiaire où tous les pôles sont ouverts.
Pourquoi, pour faire marche arrière, suffit-il d'inverser deux phases ?
En effet, le fait de changer l'ordre de deux phases quelconques inverse le champ tournant. L'inversion des trois phases produit le même ordre cyclique, de sorte que le moteur continue de tourner dans le même sens.
Puis-je utiliser un inverseur à la place de deux contacteurs ?
Oui, pour les inversions manuelles et occasionnelles en présence d'un opérateur. Pour les inversions fréquentes ou automatiques, il est préférable d'utiliser deux contacteurs interverrouillés, car ce commutateur n'est pas conçu pour supporter un nombre élevé de cycles.
Quelle puissance nominale faut-il prévoir pour un inverseur ?
Tenez compte de la puissance nominale du moteur AC-3 ou AC-23 à votre tension d'alimentation, et non du courant thermique. Le courant de démarrage est plusieurs fois supérieur au courant nominal, et l'interrupteur doit pouvoir le couper.
Pourquoi mon moteur fonctionne-t-il de la même manière dans les deux positions ?
Ce sont les trois phases qui sont interverties, et non deux. Vérifiez les bornes situées au verso : seules les deux bornes extérieures doivent être interverties.
Peut-on utiliser un inverseur sur un moteur monophasé ?
Ne convient pas à l'inversion de sens de rotation. L'inversion de sens de rotation d'un moteur monophasé s'effectue en modifiant les connexions de l'enroulement de démarrage à l'intérieur de la boîte à bornes du moteur, et non en inversant les phases d'alimentation au niveau de l'interrupteur.
Un inverseur doit-il être équipé d'une minuterie ?
Non. La position « arrêt » mécanique assure le temps mort entre les deux sens de marche. Un dispositif d'inversion à contacteurs nécessite en effet un temporisateur ou un relais de verrouillage pour éviter tout chevauchement.
Puis-je bloquer un inverseur en position « arrêt » ?
Uniquement si l'appareil est équipé d'une poignée verrouillable ou d'un dispositif de verrouillage de porte. Un simple inverseur ne dispose pas de dispositif de verrouillage ; il ne peut donc pas servir de point de mise hors tension pour les opérations de maintenance.
Vérifiez la classification et l'ordre de franchissement
Deux causes sont à l'origine de la quasi-totalité des problèmes liés aux inverseurs de marche : un inverseur mal dimensionné et un côté inverseur câblé avec trois phases croisées au lieu de deux. Ces deux problèmes sont faciles et peu coûteux à vérifier sur banc d'essai, mais leur détection lors de la mise en service s'avère onéreuse.
La configuration de marche arrière est disponible sur l'ensemble de la Série LW26 et le Série LW40, et les options de montage et de boîtier se trouvent sur la page Pages consacrées aux commutateurs rotatifs et aux sectionneurs. Si vous hésitez entre un inverseur et un sélecteur à trois positions, le Guide de sélection des types de commutateurs rotatifs explique en quoi les modalités de contact diffèrent, et les mécanisme de commutation de came explique le rôle de l'arbre à l'intérieur.
Indiquez-nous la puissance nominale du moteur, la tension d'alimentation et la fréquence des changements de sens de rotation, et nous vous communiquerons la taille du châssis selon la norme AC-3, le nombre de pôles et le type de montage, plutôt que de vous proposer un contacteur choisi en fonction du courant thermique.