Un commutateur étoile-triangle fait passer un moteur à six bornes de la connexion en étoile à la connexion en triangle pendant sa mise en marche, de sorte que le moteur démarre à une tension réduite puis fonctionne à pleine tension. En étoile, chaque enroulement reçoit la tension de phase ; en triangle, chaque enroulement reçoit la tension de ligne. C'est ce simple changement qui permet de réduire le courant de démarrage, et c'est également ce qui limite l'utilisation du commutateur aux moteurs spécialement bobinés à cet effet.
Le commutateur ne constitue qu'une partie du dispositif. Un démarrage étoile-triangle nécessite une transition qui s'effectue à la bonne vitesse, dans le bon ordre, avec une pause avant que la deuxième connexion ne soit établie. Si le commutateur est correctement réglé mais que la transition est mal effectuée, le moteur démarrera tout de même mal.
Pourquoi un moteur démarre en configuration « étoile » ?
Un moteur à six bornes relie les deux extrémités de chaque enroulement à la boîte à bornes : U1, V1, W1 à une extrémité et U2, V2, W2 à l'autre. C'est précisément cette disposition qui rend possible le démarrage étoile-triangle, car elle permet de connecter les trois enroulements selon l'une ou l'autre configuration sans avoir à ouvrir le moteur.
Dans le montage en étoile, les enroulements U2, V2 et W2 sont reliés à un point commun. Chaque enroulement se trouve alors entre une phase et le point central de l'étoile, de sorte qu'il reçoit la tension de phase du réseau — environ 230 V sur une alimentation de 400 V. En triangle, chaque enroulement se trouve entre deux phases et reçoit la tension de ligne complète de 400 V.
| Star (titulaire) | Delta (course à pied) | |
|---|---|---|
| Tension aux bornes de chaque enroulement | Tension du réseau ÷ √3, soit environ 230 V | Tension secteur, 400 V |
| Courant de démarrage | Environ un tiers des abonnements en ligne directs | Courant total en ligne directe |
| Couple de démarrage | Environ un tiers des abonnements en ligne directs | Couple maximal |
| Où est-il utilisé ? | Élan uniquement, quelques secondes | Fonctionnement en continu |
Le courant et le couple chutent tous deux à environ un tiers de leur valeur initiale, ce qui constitue le compromis. Le démarrage en étoile-triangle n'est adapté que lorsque la charge peut être accélérée avec un tiers du couple maximal — ventilateurs, pompes, compresseurs et autres charges similaires qui démarrent à vide ou sous une charge légère. Un moteur qui doit démarrer à pleine charge va tout simplement caler en démarrage en étoile et n'atteindra jamais la vitesse de transition.
Ce à quoi correspond chaque position du commutateur
Un commutateur étoile-triangle à trois positions comporte six bornes de sortie et un jeu de contacts inverseurs. En position 1, il relie l'alimentation à U1, V1 et W1 et met en commun U2, V2 et W2. En position 0, tous les circuits sont ouverts. En position 2, il maintient l'alimentation sur U1, V1 et W1 et reconnecte le deuxième jeu de bornes de manière à ce que chaque enroulement soit ponté avec le suivant : U2 vers V1, V2 vers W1, W2 vers U1.
| Position | Livraison à | U2 / V2 / W2 | Tension d'enroulement |
|---|---|---|---|
| Étoile (1) | U1, V1, W1 | Reliés entre eux en étoile | Tension de phase |
| Désactivé (0) | Ouvrir | Ouvrir | Aucun |
| Delta (2) | U1, V1, W1 | Raccordés respectivement à V1, W1 et U1 | Tension secteur |
C'est ce schéma de pontage qui est souvent mal câblé. En configuration delta, U2 n'est pas relié à V2, mais à V1. Les trois extrémités sont reliées en croix, et non en étoile, et les relier dans le mauvais ordre entraîne soit l'absence de rotation, soit un court-circuit entre les enroulements.
Commutateur étoile-triangle ou démarreur étoile-triangle ?
L'interrupteur et le démarreur remplissent la même fonction électrique, mais par des moyens différents, et ils sont adaptés à des tableaux différents.
| Commutateur étoile-triangle | Démarreur étoile-triangle (contacteurs) | |
|---|---|---|
| Transition | Manuel, à cadence réglée par l'opérateur | Automatique, à minuterie ou à relais de courant |
| Interlock | Mécanique, au niveau de l'interrupteur | Électrique et mécanique, entre les contacteurs |
| Répétabilité | Cela dépend de l'opérateur | Cohérent |
| Télécommande | Non | Oui |
| Meilleur pour | Petits moteurs, commande locale, démarrages occasionnels | Équipements de production, usine sans personnel |
Un commutateur manuel étoile-triangle repose sur le jugement de l'opérateur pour déterminer le moment où actionner la manette, et c'est précisément ce jugement qui constitue le point faible. Si l'actionnement est trop précoce, le moteur cale ou subit une deuxième surtension ; s'il est trop tardif, le moteur a déjà accéléré avec un couple réduit, ce qui rend le démarrage inefficace. Ce commutateur convient aux petits moteurs lorsque l'opérateur se trouve devant le tableau de commande ; pour tout système automatique, il faut un démarreur à contacteur.
La transition doit se produire avant la fabrication
La transition de la configuration en étoile à celle en triangle doit s'interrompre avant la mise en circuit. Si les contacts du triangle entrant se ferment alors que le point d'étoile est encore connecté, deux lignes sont court-circuitées entre elles via le point d'étoile et le courant qui en résulte n'est limité que par l'impédance de l'alimentation.
C'est pourquoi un commutateur étoile-triangle dispose d'une position d'arrêt définie au milieu, plutôt que d'une simple commutation. La séquence est la suivante : ouvrir le point étoile, attendre que l'arc s'éteigne, puis fermer le triangle. Un commutateur à cames réalise cela mécaniquement ; un démarreur à contacteurs y parvient à l'aide d'une minuterie et d'un verrouillage, de sorte que le contacteur « étoile » se désactive avant que le contacteur « triangle » ne s'enclenche.
C'est ce même raisonnement qui explique pourquoi un commutateur étoile-triangle ne peut jamais être remplacé par un commutateur de dérivation. Un commutateur de dérivation comporte certes les trois mêmes positions, mais sa séquence de contacts est conçue pour deux sources alimentant une seule charge, et non pour reconfigurer trois enroulements. Le schéma de pontage est différent, et dans un commutateur de dérivation, la position centrale peut ne pas ouvrir les six bornes.
Quand effectuer le changement d'heure ?
Le moteur doit atteindre environ 75 à 80 % de sa vitesse de fonctionnement avant la transition. À ce stade, le courant a suffisamment baissé pour que le branchement en triangle ne provoque pas de deuxième pic important, et le couple disponible en triangle est suffisant pour mener à bien l'accélération.
Dans la pratique, cela correspond à un réglage de la minuterie de quelques secondes pour la plupart des moteurs de petite et moyenne puissance, ajusté sur place en surveillant le courant. Un relais de courant permet d'effectuer cette opération de manière plus directe : il mesure le courant du moteur en étoile et déclenche la commutation lorsque le courant est tombé à une fraction prédéfinie de la valeur de démarrage.
Il convient de connaître deux modes de défaillance. Une transition trop précoce entraîne un pic de courant presque aussi important que lors d'un démarrage direct sur le réseau, ce qui va à l'encontre du but recherché. Une transition trop tardive signifie que le moteur a fonctionné en étoile plus longtemps qu'il n'aurait dû, et qu'un moteur qui continue d'accélérer en étoile consomme plus de courant que ne le permet sa puissance nominale en étoile.
Dimensionnement et câblage du commutateur
- Vérifiez que le moteur est bobiné en conséquence. La plaque signalétique doit indiquer un raccordement en triangle à la tension du réseau, généralement 400 V en triangle / 690 V en étoile. Un moteur portant la mention 230 V en triangle / 400 V en étoile ne peut pas être démarré en étoile-triangle sur une alimentation de 400 V.
- Vérifiez que toutes les bornes sont bien accessibles. Six bornes dans le boîtier, dont les liaisons ont été retirées. Un moteur ne comportant que trois bornes ne peut pas être reconfiguré.
- Puissance nominale du moteur à la tension d'alimentation, dans la catégorie d'utilisation du moteur, et non en fonction du courant thermique.
- Land U1, V1, W1 du côté de l'alimentation et U2, V2, W2 du côté de la pointe en étoile, en veillant à respecter l'ordre afin que les ponts delta se placent aux bons endroits.
- Vérifier la séquence à l'aide d'un compteur Avant la mise sous tension : en configuration en étoile, il doit y avoir une continuité entre U2, V2 et W2 ; en configuration en triangle, il doit y avoir une continuité entre U2 et V1, V2 et W1, ainsi qu'entre W2 et U1.
- Effectuer l'essai avec la charge entraînée déconnectée la première fois, et vérifiez bien la direction indiquée par l'étoile avant de valider la transition.
Si le moteur tourne à l'envers, inversez deux phases d'alimentation au niveau des bornes d'entrée. Inverser les phases aux extrémités de l'enroulement modifie à la fois le point neutre et les ponts en triangle, ce qui est beaucoup plus difficile à comprendre a posteriori.
Encore une précision concernant le commutateur lui-même : un commutateur étoile-triangle est un dispositif de coupure en charge, et il est ouvert sous tension à chaque démarrage du moteur. Son mode de fonctionnement diffère de celui d’un sectionneur, qui ne peut être ouvert que lorsque le circuit est hors tension. La catégorie d'utilisation indiquée sur la plaque signalétique vous permet de savoir de quel type d'appareil il s'agit, et un commutateur choisi uniquement en fonction de son courant thermique risque de ne pas convenir à une application où il doit couper le courant de démarrage plusieurs fois par équipe.
Le démarrage étoile-triangle manuel présente également une limite pratique en termes de taille du moteur. Au-delà d’environ 30 kW, le courant de démarrage et l’énergie d’arc rendent la commutation manuelle désagréable à utiliser et agressive pour les contacts, ce qui explique pourquoi on passe alors aux démarreurs à contacteurs. En dessous de cette valeur, l’interrupteur est compact, ne nécessite aucun câblage de commande et offre à l’opérateur une indication visuelle de la position.
Les erreurs qui empêchent le bon fonctionnement d'un démarrage étoile-triangle
- Moteur non adapté au démarrage étoile-triangle. Un moteur en triangle de 400 V raccordé à une alimentation de 400 V est nécessaire ; un moteur en triangle de 230 V raccordé en étoile sur une alimentation de 400 V fonctionne avec un flux inadapté et surchauffe.
- Les ponts Delta ont atterri dans l'ordre des étoiles. Le raccordement U2 vers V2, au lieu de U2 vers V1, entraîne un moteur qui ne tourne pas ou qui consomme un courant de rotor bloqué en configuration en triangle.
- Une transition sans interruption. Le point en étoile et le pont en delta se sont fermés simultanément, mettant deux lignes en court-circuit.
- Une transition trop précoce. La surintensité initiale est presque équivalente à celle d'un démarrage en ligne directe, et le démarrage sous tension réduite n'apporte aucun avantage.
- À l'aide d'un commutateur. Il dispose de trois positions, mais le schéma de contact n'est pas adapté, et il se peut que la position centrale ne permette pas d'ouvrir toutes les bornes.
FAQ
À quoi sert un commutateur étoile-triangle ?
Il permet de brancher un moteur à six bornes en étoile pour le démarrage, puis de le rebrancher en triangle pour le fonctionnement, ce qui réduit le courant de démarrage à environ un tiers de celui d'un démarrage direct.
Pourquoi le démarrage en étoile-triangle permet-il de réduire le courant de démarrage ?
Dans un montage en étoile, chaque enroulement reçoit une tension de phase plutôt qu'une tension de ligne, soit environ 58 % de cette dernière, de sorte que le courant traversant chaque enroulement diminue d'environ un tiers. Le couple diminue dans la même proportion.
Tout moteur peut-il être démarré en étoile-triangle ?
Seul un moteur doté de six bornes et dont la puissance nominale en triangle correspond à la tension d'alimentation est compatible. Un moteur bobiné pour 230 V en triangle ne peut pas être démarré en étoile-triangle sur une alimentation de 400 V.
À quel moment faut-il passer d'une connexion en étoile à une connexion en triangle ?
À environ 75 à 80 % de la vitesse de fonctionnement. Concrètement, cela correspond à un réglage du minuteur de quelques secondes, ou à un relais de courant qui déclenche la transition lorsque le courant de démarrage a baissé.
Puis-je utiliser un commutateur pour le couplage étoile-triangle ?
Non. Un commutateur de transfert comporte trois positions, mais présente une configuration de contacts différente ; il est conçu pour permettre à deux sources d'alimenter une même charge. Le couplage étoile-triangle nécessite que les enroulements soient connectés en croix en configuration triangle et reliés à un point neutre en configuration étoile.
Que se passe-t-il si le commutateur bascule trop tôt ?
Le moteur n'ayant pas atteint une vitesse suffisante, le branchement en triangle provoque une surtension similaire à celle d'un démarrage en ligne, et le moteur risque de caler au lieu d'accélérer.
Un commutateur étoile-triangle nécessite-t-il un verrouillage ?
L'interrupteur est équipé d'un verrouillage mécanique qui force la poignée à passer par la position « arrêt ». Un démarreur à contacteurs nécessite un verrouillage électrique entre les contacteurs « étoile » et « triangle », ainsi qu'une minuterie.
Le démarrage étoile-triangle est-il encore utilisé dans les installations modernes ?
Oui, sur les pompes, les ventilateurs et les compresseurs dont la mise en charge est progressive. Les démarreurs progressifs électroniques et les variateurs de vitesse l'ont remplacé dans de nombreuses nouvelles installations, mais un très grand nombre de tableaux électriques existants utilisent encore le démarrage en étoile-triangle.
Adapter le commutateur à l'enroulement
Un commutateur étoile-triangle est un dispositif simple qui ne fonctionne que lorsque le moteur, le branchement des bornes et la commutation sont tous corrects. C'est rarement le commutateur lui-même qui tombe en panne ; ce sont généralement les ponts en triangle ou la synchronisation qui posent problème.
La configuration étoile-triangle est disponible sur le Série LW26 et le Série LW40, ainsi que les dispositifs de marche arrière et de commutation ; la gamme complète est disponible sur le Pages consacrées aux commutateurs rotatifs et aux sectionneurs. Si vous hésitez entre un interrupteur et un démarreur à contacteur, le Guide de sélection des types de commutateurs rotatifs explique en quoi les modalités de contact diffèrent, ainsi que les mécanisme de commutation de came explique comment la séquence est configurée au sein du commutateur.
Envoyez-nous la plaque signalétique du moteur, la tension d'alimentation et précisez si le démarrage est manuel ou automatique ; nous vérifierons alors si le moteur peut effectivement être démarré en étoile-triangle avant de vous proposer un devis pour un commutateur.