Les types de démarrage moteur : guide technique pour l’industrie

Le choix du démarrage d’un moteur asynchrone triphasé conditionne la disponibilité de l’installation, la durée de vie mécanique et électrique, ainsi que la qualité de l’alimentation du site. Il faut arbitrer entre le courant d’appel, le couple disponible, la contrainte mécanique, le coût et le besoin éventuel de régulation de vitesse.

Au moment de la mise sous tension, un moteur à cage se comporte comme un transformateur dont le rotor est pratiquement en court-circuit : le courant peut atteindre environ 5 à 8 fois le courant nominal $I_n$​, tandis que le couple est appliqué brutalement à la mécanique.

Cette pointe de courant peut provoquer une chute de tension sur le réseau, le déclenchement des protections, un échauffement des câbles et contacteurs, ou des vibrations dans les accouplements, courroies et réducteurs. À l’inverse, un démarrage trop « doux » peut être insuffisant si le couple moteur ne reste pas supérieur au couple résistant de la machine entraînée.

Le moteur est raccordé directement au réseau sous sa pleine tension. C’est la solution la plus simple, la moins coûteuse et la plus répandue lorsque la puissance du moteur est faible devant la puissance de court-circuit disponible du réseau.

Courant et couple : environ 5 à 8 $I_n$​ et un couple de démarrage élevé, appliqué instantanément.

Appareillage nécessaire :

• Sectionneur porte-fusibles ou interrupteur-sectionneur.
• Disjoncteur moteur ou fusibles aM adaptés.
• Contacteur de puissance.
• Relais thermique ou protection électronique de moteur.
• Boutons poussoirs, voyants et éventuellement un automate pour la commande.

Applications typiques : petites pompes, ventilateurs, convoyeurs légers, compresseurs de faible puissance, machines-outils simples. Il convient lorsque le réseau est suffisamment puissant et que la mécanique tolère un à-coup.

Ce procédé démarre le moteur couplé en étoile, puis bascule en triangle lorsque la vitesse est proche de la vitesse nominale. En étoile, la tension appliquée à chaque enroulement est réduite d’un facteur $\sqrt{3}$​, ce qui divise approximativement par 3 le courant absorbé côté ligne et le couple disponible par rapport au démarrage direct.

Courant et couple : typiquement 1,8 à 2,7 $I_n$In​ côté ligne, avec un couple réduit au tiers environ du démarrage direct.

Appareillage nécessaire :

• Trois contacteurs : ligne, étoile et triangle.
• Relais temporisé pour piloter la commutation.
• Protection moteur et sectionnement.
• Câblage des six bornes du moteur, avec plaque signalétique compatible 400 V triangle / 690 V étoile sur un réseau 400 V, selon l’installation.

Précaution importante : la commutation doit intervenir lorsque le moteur a suffisamment accéléré. Une transition trop précoce provoque une reprise de courant élevée ; une coupure ouverte entre étoile et triangle est généralement nécessaire pour éviter un court-circuit entre sources.

Applications typiques : pompes centrifuges, ventilateurs, compresseurs et machines démarrant à vide ou avec une faible inertie. Ce n’est pas une solution adaptée aux charges nécessitant un couple élevé dès le départ.

Des résistances sont insérées en série avec les enroulements statoriques au démarrage, puis court-circuitées progressivement. Elles limitent le courant d’appel, mais dissipent de la chaleur et réduisent également le couple.

Appareillage nécessaire : résistances de démarrage, contacteurs de ligne et de court-circuitage, temporisation ou commande progressive, protections habituelles.

Applications : solutions historiques ou applications où l’on accepte une limitation simple du courant sans variation de fréquence. Aujourd’hui, le démarreur électronique a largement remplacé cette technique en raison de son encombrement, de ses pertes et de sa maintenance.

Réservé aux moteurs à rotor bobiné, ce démarrage insère des résistances dans le circuit rotorique via les bagues et balais. On élimine ensuite les résistances par étapes jusqu’au court-circuit complet du rotor.

Intérêt technique : il permet d’obtenir un couple de démarrage élevé tout en limitant le courant absorbé du stator.

Appareillage nécessaire : moteur à rotor bobiné, résistances rotoriques, contacteurs ou rhéostat de court-circuitage, système de levage éventuel des balais, protections stator et rotor.

Applications : grues, ponts roulants, broyeurs, machines à forte inertie et applications où un couple élevé au démarrage est indispensable. Cette architecture est aujourd’hui moins courante, remplacée par les variateurs lorsque cela est économiquement pertinent.

Le démarreur progressif fait varier la tension appliquée au moteur grâce à des thyristors, en rampe de montée et parfois de descente. Il limite le courant d’appel, réduit les à-coups mécaniques et propose souvent des fonctions de protection, de pompage anti-cavitation ou de freinage contrôlé.

Courant et couple : réglables selon la rampe, la limitation de courant et le couple initial ; le couple est toutefois proportionnel au carré de la tension, ce qui doit être vérifié face au couple résistant.

Appareillage nécessaire :

• Démarreur progressif dimensionné selon la puissance et le duty cycle.
• Contacteur de ligne ou de by-pass selon l’architecture.
• Protection moteur, sectionnement et filtre éventuel selon les perturbations conduites.
• Paramétrage : rampe d’accélération, courant initial, limitation de courant, temps de démarrage, mode de freinage.

Applications : pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs, broyeurs et toute machine où l’on souhaite réduire les chocs mécaniques sans nécessiter une variation continue de vitesse.

Le variateur convertit le réseau en tension continue puis en tension alternative à fréquence et amplitude variables. Il contrôle simultanément la vitesse, le couple et l’accélération, avec un démarrage très progressif et un courant d’appel généralement maîtrisé.

Appareillage nécessaire :

• Variateur dimensionné en courant continu et surcharge.
• Filtre réseau, réactance de ligne ou filtre EMC selon l’environnement.
• Câble moteur blindé si nécessaire, respect des longueurs maximales.
• Protection en amont, sectionnement, refroidissement et paramétrage.
• Pour les applications exigeantes : encodeur, carte de freinage, filtre sinusoïdal ou filtre $dv/dt$dv/dt.

Applications : pompes à débit variable, ventilation modulée, machines de process, convoyeurs nécessitant des vitesses variables, levage, extrusion et toutes les applications où l’énergie et la précision de régulation comptent.

Critère	Question à poser	Conséquence sur le choix
Couple résistant	La charge exige-t-elle un couple élevé dès l’arrêt ?	Éviter étoile-triangle si le couple est insuffisant ; privilégier rotorique, autotransformateur ou variateur.
Inertie	Le temps de mise en vitesse est-il long ?	Prévoir un démarrage progressif ou un variateur adapté au duty cycle.
Réseau	Quelle est la puissance de court-circuit et la chute de tension admissible ?	Limiter le courant d’appel par démarreur électronique, autotransformateur ou variateur.
Mécanique	Les courroies, engrenages et produits transportés tolèrent-ils un choc ?	Privilégier démarreur progressif ou variateur.
Cycle de marche	Combien de démarrages par heure et quelle durée ?	Vérifier le dimensionnement thermique du démarreur et du moteur.
Régulation	La vitesse doit-elle varier en fonctionnement ?	Choisir un variateur de vitesse. electrical-installation+1
Coût global	Quel est le budget CAPEX et le coût d’exploitation ?	Le direct est peu coûteux ; le variateur peut réduire l’énergie sur pompes et ventilateurs.
Environnement	Poussière, humidité, température, compatibilité EMC ?	Adapter le coffret, l’IP, le refroidissement et les filtres.
Maintenance	Peut-on accepter balais, résistances ou électronique ?	Favoriser les solutions robustes et disponibles localement.

Recommandations pratiques

• Pour un moteur de faible puissance sur un réseau robuste, le démarrage direct reste souvent la solution la plus économique.
• Pour une pompe ou un ventilateur à démarrage facile, l’étoile-triangle ou un démarreur progressif sont des candidats naturels.
• Pour une machine à forte inertie ou à couple élevé, ne pas choisir un démarreur uniquement sur le courant : vérifier le couple disponible à chaque vitesse.
• Pour une application avec débit, pression ou vitesse variable, le variateur apporte souvent le meilleur compromis technique et énergétique.
• Toujours coordonner sectionnement, protection contre les courts-circuits, protection contre les surcharges et contacteur selon les normes et la documentation constructeur.

• Schneider Electric, Cahier technique n° 207 : Moteurs électriques — principes de démarrage et critères d’installation.
• Schneider Electric, Cahier technique n° 208 : Démarreurs et variateurs de vitesse électroniques.
• Schneider Electric, FAQ sur les couplages étoile et triangle des moteurs asynchrones triphasés.
• Documentation constructeurs de moteurs et variateurs : Leroy-Somer, ABB, Siemens, WEG, Danfoss.