Schémas de branchement du démarreur magnétique en 220 V et 380 V + particularités du raccordement autonome

Le démarreur magnétique est un dispositif qui assure le fonctionnement ininterrompu et conforme aux normes des équipements. Il permet de distribuer la tension d'alimentation et de gérer le fonctionnement des charges connectées.

Le plus souvent, il est utilisé pour alimenter les moteurs électriques. C'est également par lui que sont effectués l'inversion du moteur et son arrêt. Toutes ces manipulations peuvent être réalisées grâce à un schéma de branchement correct du démarreur magnétique, que vous pouvez assembler par vous-même.

Dans cet article, nous vous expliquerons la structure et les principes de fonctionnement du démarreur magnétique, ainsi que les subtilités de son branchement.

Différence entre un démarreur magnétique et un contacteur

Lors du choix d'un appareil de commutation, il arrive souvent de confondre les démarreurs magnétiques (DM) et les contacteurs. Ces dispositifs, bien que similaires dans de nombreuses caractéristiques, sont en réalité des concepts différents. Le démarreur magnétique regroupe plusieurs appareils connectés dans un même ensemble de commande.

Un DM peut inclure plusieurs contacteurs, ainsi que des dispositifs de protection, des accessoires spéciaux et des éléments de commande. Le tout est logé dans un boîtier offrant un certain degré de protection contre l'humidité et la poussière. Ces dispositifs sont principalement utilisés pour contrôler le fonctionnement des moteurs asynchrones.

La tension maximale à laquelle fonctionne un démarreur magnétique dépend de la bobine électromagnétique. Il existe des DM de faibles valeurs nominales — 12, 24, 110 V, mais les plus couramment utilisés sont pour 220 et 380 V.

Le contacteur est un appareil monobloc avec un ensemble de fonctions propres à une construction donnée. Alors que les démarreurs sont utilisés dans des schémas assez complexes, les contacteurs sont principalement présents dans des schémas simples.

Structure et fonction de l'appareil

En comparant le raccordement du démarreur magnétique et du contacteur, on peut conclure que le premier dispositif diffère du second car il est utilisé pour démarrer le moteur électrique. On peut même dire que le démarreur magnétique est le même contacteur, avec lequel on commande le moteur électrique.

Cette différence est si conditionnelle que récemment, de nombreux fabricants appellent les démarreurs magnétiques des contacteurs à courant alternatif, mais de petites dimensions. De plus, l'amélioration constante des contacteurs les a rendus universels, c'est pourquoi ils sont devenus polyvalents.

Fonction du démarreur magnétique

Les démarreurs magnétiques et les contacteurs sont intégrés dans les réseaux électriques transportant un courant à tension alternative ou continue. Leur action repose sur l'induction électromagnétique.

Le dispositif est équipé de contacts de signalisation et de ceux par lesquels l'alimentation est fournie. Les premiers sont appelés contacts auxiliaires, les seconds, contacts de travail.

Les boutons de démarragique dont le circuit est équipé assurent une utilisation pratique. Si vous devez déconnecter la charge, il suffit d'actioner la touche « Arrêt ». Ainsi, l'arrivée de tension sur la bobine du démarreur prendra fin et le circuit sera interrompu.

Les démarreurs magnétiques commandent à distance les installations électriques, y compris les moteurs électriques. Leur rôle en tant que protection est nul — dès que la tension disparaît ou tombe au moins en dessous de 50 %, les contacts de puissance s'ouvrent.

Après l'arrêt de l'équipement dans le circuit duquel est intégré le contacteur, il ne se remettra jamais en marche tout seul. Pour cela, il faudra appuyer sur la touche « Marche ».

C'est un point très important pour la sécurité, car les accidents provoqués par la mise en marche spontanée de l'installation électrique sont totalement exclus.

Les contacteurs, dans le circuit desquels sont inclus des relais thermiques, protègent le moteur électrique ou une autre installation contre les surcharges prolongées. Ces relais peuvent être bipolaires (TRN) ou unipolaires (TRP). Le déclenchement se produit sous l'effet du courant de surcharge du moteur qui les traverse.

Construction et fonctionnement de l'appareil

Pour un fonctionnement correct du démarreur magnétique, il est nécessaire de respecter certaines règles d'installation, d'avoir une notion des bases de la technique de relais, et de choisir correctement le schéma d'alimentation de l'équipement.

Puisque les dispositifs sont conçus pour fonctionner sur une courte période, les démarreurs magnétiques les plus populaires sont ceux avec des contacts normalement ouverts. Les démarreurs des séries PME et PAE sont les plus demandés.

Les premiers sont intégrés dans les circuits de signalisation pour les moteurs électriques d'une puissance de 0,27 – 10 kW. Les seconds, d'une puissance de 4 à 75 kW. Ils sont conçus pour une tension de 220, 380 V.

Il existe quatre variantes d'exécution :

• ouvert ;
• protégé ;
• protégé contre la poussière et l'eau ;
• étanche à la poussière et aux projections.

Les démarreurs PME comprennent dans leur conception un relais biphasé TRN. Dans le démarreur de la série PAE, le nombre de relais intégrés dépend de la taille.

Les lettres indiquent le type d'appareil, les chiffres qui les suivent, de 1 à 6, indiquent la taille. Le deuxième chiffre indique la version. Le chiffre un désigne un contacteur magnétique non réversible sans protection thermique, le deux le même mais avec protection thermique, le trois un contacteur réversible sans protection thermique, le quatre un contacteur réversible avec protection thermique.

À une tension d'environ 95 % de la tension nominale, la bobine du contacteur est capable d'assurer un fonctionnement fiable.

Le contacteur magnétique se compose des principaux composants suivants :

• un noyau ;
• une bobine électromagnétique ;
• une armature ;
• un châssis ;
• des capteurs mécaniques de fonctionnement ;
• des groupes de contacteurs — central et supplémentaire.

La construction peut également inclure comme éléments supplémentaires un relais de protection, des fusibles électriques, un jeu de bornes supplémentaire et un dispositif de démarrage.

Le contacteur magnétique comprend dans sa construction : une base (1), des contacts fixes (2), un ressort (3), un noyau (4), une bobine d'arrêt (5), une armature (6), un ressort (7), un pont de contact (8), un ressort (9), une chambre de coupure (10), un élément chauffant (11).

Il s'agit essentiellement d'un relais, mais qui coupe un courant beaucoup plus important. Comme les électroaimants de cet appareil sont assez puissants, il se distingue par une grande vitesse de déclenchement.

L'électroaimant, sous forme de bobine avec un grand nombre de spires, est conçu pour une tension de 24 à 660 V. Placée sur le noyau, une puissance élevée est nécessaire pour vaincre la force du ressort.

Ce dernier est destiné à une déconnexion rapide des contacts, dont la vitesse détermine l'ampleur de l'arc électrique. Plus la déconnexion est rapide, plus l'arc est petit et meilleur est l'état des contacts.

L'état normal est lorsque les contacts sont ouverts. Le ressort maintient alors la partie supérieure du circuit magnétique en position surélevée.

Lorsque l'alimentation est fournie au contacteur magnétique, un courant traverse la bobine et forme un champ électromagnétique. Il attire la partie mobile du circuit magnétique en comprimant le ressort. Les contacts se ferment, l'alimentation est fournie à la charge, qui se met alors en marche.

En cas de coupure de l'alimentation du contacteur magnétique, le champ électromagnétique disparaît. Le ressort, en se détendant, pousse et la partie supérieure du circuit magnétique remonte. En conséquence, les contacts s'ouvrent et l'alimentation de la charge est interrompue.

Certains modèles de contacteurs sont équipés de limiteurs de surtension utilisés dans les systèmes de commande à semiconducteurs.

Vous pouvez vérifier manuellement le fonctionnement du système en appuyant sur l'armature pour ressentir la force de compression du ressort. C'est précisément la force de compression qui neutralise le champ magnétique. Lorsque l'armature est complètement abaissée, les contacts repoussés par le ressort se déconnectent.

L'alimentation de la bobine de commande après le branchement du contacteur magnétique se fait en courant allematif, mais pour cet appareil, le type de courant n'a pas d'importance.

Les contacteurs sont généralement équipés de deux types de contacts : les contacts de puissance et les contacts de verrouillage. Les premiers permettent de connecter la charge, tandis que les seconds évitent les erreurs de connexion.

Les contacteurs de puissance peuvent avoir 3 ou 4 paires, selon la conception de l'appareil. Chaque paire comprend des contacts mobiles et fixes, reliés aux bornes situées sur le boîtier par l'intermédiaire de plaques métalliques.

Les premiers (contacts normalement fermés) se caracterisent par le fait que l'alimention est fournie en permanence à la charge. La mise hors service n'a lieu q'apres l'actiivation du contacteur.

Pour les contacteurs avec des contacts normalement ouverts, l'alimentation n'est fournie que pendant le fonctionnement du contacteur.

On distingue deux types de contacts de verrouillage : normalement fermés et normalement ouverts. Le contact du premier type est celui du bouton « Arrêt », et le contact normalement ouvert est celui du bouton « Marche ».

Les contacts normalement fermés se caractérisent par le fait que l'alimentation est fournie en permanence à la charge, et la déconnexion n'a lieu q'apres l'activation du contacteur. Pour les contacteurs avec des contacts normalement ouverts, l'alimentation n'est fournie que pendant le fonctionnement du contacteur.

Caractéristiques d'installation du démarreur

Un mauvais montage du contacteur magnétique peut entraîner des déclenchements intempestifs. Pour éviter cela, il ne faut pas choisir des emplacements soumis à des vibrations, chocs ou secousses.

Structurellement, le contacteur magnétique est conçu pour être monté dans un tableau électrique, à condition de respecter les règles. L'appareil fonctionnera de manière fiable si la surface d'installation est droite, plane et verticale.

Les relais thermiques ne doivent pas être chauffés par des sources de chaleur externes, ce qu aurait un effet négatif sur le fonctionnement de l'apreil. Pour cette raison, ils ne doivent pas être placés dans des endroits soumis à la chaleur.

Il est strictement interdit d'installer un contacteur magnétique dans une pièce où sont montés des appareils avec un courant de 150 A ou plus. L'allumage et l'extinction de ces appareils provoquent un choc rapide.

Les fils en cuivre doivent être étamés avant le branchement. S'ils sont multibrins, leurs extrémités sont torsadées avant étamage. Pour les fils en aluminium, les extrémités sont nettoyées avec une lime, puis recouvertes de pâte ou de vaseline technique.

Pour éviter le désalignement des rondelles élastiques situées dans la borne de contact du contacteur, l'extrémité du conducteur est pliée en forme de U ou en anneau. Lorsqu'il est nécessaire de connecter deux conducteurs à la borne, leurs extrémités doivent être droites et se trouver de chaque côté de la vis de serrage.

La mise en service du contacteur doit être précédée d'une inspection et d'une vérification de l'état de tous les éléments. Les pièces mobiles doivent pouvoir se déplacer à la main. Les connexions électriques doivent être vérifiées par rapport au schéma.

Schémas de branchement courants du démarreur magnétique

Le plus souvent, on utilise un schéma de montage avec un seul appareil. Pour connecter ses éléments principaux, on utilise un câble à 3 conducteurs et deux contacts ouverts lorsque l'appareil est éteint.

Ce schéma est extrêmement simple. Il se monte lorsque le disjoncteur QF se ferme. Le fusible PU protège le circuit de commande contre les court-circuits (CC).

Dans des conditions normales, le contact du relais R est fermé. Lorsque l'on appuie sur la touche « Marche », le circuit se ferme. L'appui sur le bouton « Arrêt » interrompt le circuit. En cas de surcharge, le capteur thermique R se déclenche et ouvre le contact R, la machine s'arrête.

Dans ce schéma, la tension nominale de la bobine est très importante. Lorsque la tension sur celle-ci est de 220 V, celle du moteur de 380 V, en cas de couplage en étoile, ce schéma ne convient pas.

Pour cela, on utilise un schéma avec conducteur neutre. Il est opportun de l'utiliser en cas de couplage des enroulements du moteur en triangle.

Subtilités du branchement de l'appareil en 220 V

Indépendamment de la façon dont on décide de raccorder le contacteur magnétique, le projet comporte obligatoirement deux circuits : le circuit de puissance et le circuit de commande. Le premier fournit la tension, le second commande le fonctionnement de l'équipement.

Particularités du circuit de puissance

L'alimentation du contacteur magnétique est connectée via les contacts, généralement désignés par les symboles A1 et A2. Une tension de 220 V leur est appliquée si la bobine elle-même est prévue pour cette tension.

Il est plus pratique de connecter la « phase » à A2, bien qu'il n'y ait pas de différence fondamentale dans le raccordement. La source d'alimentation est connectée aux contacts situés plus bas sur le boîtier.

Le type de tension n'a pas d'importance, l'essentiel est que la valeur nominale ne dépasse pas 220 V.

Grâce à un contacteur magnétique équipé d'une bobine 220 V, il est possible d'alimenter en tension à partir d'un générateur diesel, d'une éolienne, d'une batterie ou d'autres sources. La tension est prélevée sur les bornes T1, T2, T3.

L'inconvénient de cette option de raccordement est que pour l'allumer ou l'éteindre, il faut manipuler la fiche. On peut améliorer le schéma en installant un disjoncteur en amont du contacteur magnétique. Celui-ci permet d'allumer et d'éteindre l'alimentation.

Modification du circuit de commande

Ces modifications ne concernent pas le circuit de puissance, seul le circuit de commande est modernisé dans ce cas. L'ensemble du schéma subit des changements mineurs.

Lorsque les touches se trouvent dans un même boîtier, l'ensemble est appelé « poste à boutons ». Chacune d'elles possède une paire d'entrées et une paire de sorties. La touche « Marche » a des contacts normalement ouverts (NO), la touche opposée a des contacts normalement fermés (NF).

Les touches sont montées en série avant le contacteur magnétique. La première est « Marche », suivie de « Arrêt ». Les contacts du contacteur magnétique sont actionnés par une impulsion de commande.

Sa source est le bouton poussoir de démarrage enfoncé, qui ouvre le chemin pour l'application de la tension à la bobine de commande. Il n'est pas nécessaire de maintenir le bouton « Marche » enfoncé.

Il est maintenu par le principe d'auto-maintien. Cela consiste à connecter des contacts auto-bloquants supplémentaires en parallèle du bouton « Marche ». Ce sont eux qui alimentent la bobine en tension.

Après leur fermeture, la bobine s'auto-alimente. La rupture de ce circuit entraîne la désactivation du contacteur magnétique.

La touche d'arrêt « Stop » est généralement rouge. Le bouton de démarrage peut porter non seulement l'inscription « Marche », mais aussi « Avant », « Arrière ». Le plus souvent, il est de couleur verte, bien qu'il puisse aussi être noir.

Raccordement au réseau triphasé

Il est possible de connecter l'alimentation triphasée via la bobine du contacteur magnétique fonctionnant sous 220 V. Généralement, le schéma est utilisé avec un moteur asynchrone. Le circuit de commande reste inchangé.

Une phase et le neutre sont connectés aux bornes correspondantes. Le conducteur de phase passe par les boutons de démarrage et d'arrêt. Sur les contacts NO13 et NO14, on place un pont entre les contacts fermé et ouvert.

Le circuit de puissance présente des différences, mais peu significatives. Les trois phases sont appliquées aux entrées repérées sur le schéma par L1, L2, L3. La charge triphasée est connectée à T1, T2, T3.

Introduction d'un relais thermique dans le schéma

Dans l'intervalle entre le contacteur magnétique et le moteur asynchrone, on connecte en série un relais thermique. Son choix se fait en fonction du type de moteur.

Le relais thermique protège le moteur électrique contre les défauts et les situations d'urgence pouvant survenir en cas de disparition d'une des phases.

On connecte le relais à la sortie du contacteur magnétique. Le courant y circule vers le moteur en série, chauffant au passage le relais. Le dessus du relais est équipé de contacts auxiliaires reliés à la bobine.

Les éléments chauffants du relais sont dimensionnés pour la valeur maximale du courant qui les traverse. Ceci est fait pour que, lorsque le moteur est en danger de surchauffe, le relais puisse couper le contacteur.

Nous vous recommandons également de lire un autre de nos articles dans lequel nous avons expliqué comment choisir et connecter un contacteur électromagnétique pour 380 V. Pour plus de détails, suivez ce lien.

Démarrage du moteur avec inversion de sens

Pour le fonctionnement de certains équipements, il est nécessaire que le moteur puisse tourner aussi bien à gauche qu'à droite.

Le schéma de connexion pour cette variante comprend deux contacteurs magnétiques, un poste à boutons ou trois touches distinctes — deux de démarrage « Avant », « Arrière » et « Stop ».

Pour réaliser cette variante, on ajoute un circuit de commande supplémentaire au schéma avec un seul contacteur magnétique. Il comprend le bouton SB3 et le contacteur KM2. La partie puissance est également légèrement modifiée.

Contre les courts-circuits, le circuit de puissance est protégé par les contacts normalement fermés KM1.2, KM2.2.

La préparation du schéma au fonctionnement s'effectue comme suit :

1. On enclenche le disjoncteur QF1.
2. Les phases A, B, C arrivent aux contacts de puissance des contacteurs KM1, KM2.
3. La phase qui alimente le circuit de commande (A) via SF1 (disjoncteur de protection des circuits de signalisation) et la touche SB1 « Stop » est appliquée à la borne 3 (touches SB2, SB3), borne 13NO (MP KM1, KM2).

Ensuite, le circuit fonctionne selon un algorithme dépendant du sens de rotation du moteur.

Gestion de l'inversion du moteur

La rotation commence lorsque la touche SB2 est actionnée. La phase A est alors appliquée via KM2.2 à la bobine MP KM1. Le contacteur commence à s'enclencher avec la fermeture des contacts normalement ouverts et l'ouverture des contacts normalement fermés.

La fermeture de KM1.1 provoque un auto-maintien, et après la fermeture des contacts KM1, les phases A, B, C sont appliquées aux contacts correspondants des bobinages du moteur, et celui-ci commence à tourner.

Avant de démarrer le moteur dans le sens opposé, il faut arrêter la rotation précédemment établie à l'aide du bouton « Stop ». Pour tourner dans le sens inverse, il suffit de permuter la position de deux phases d'alimentation à l'aide du contacteur KM2.

L'action entreprise déconnectera le circuit, la phase de commande A ne sera plus appliquée à la bobine KM1, et le noyau avec les contacts, à l'aide du ressort de rappel, reviendra à sa position initiale.

Les contacts se sépareront, l'alimentation en tension du moteur M cessera. Le circuit sera en mode veille.

On la démarre en appuyant sur le bouton SB3. La phase A via KM1.2 arrive sur KM2, le contacteur MP s'enclenche et via KM2.1 se retrouve en auto-maintien.

Ensuite, le contacteur MP, via les contacts KM2, permutera les phases. En conséquence, le moteur M changera le sens de rotation. Pendant ce temps, la connexion KM2.2, située dans le circuit alimentant le contacteur MP KM1, se déconnectera, empêchant l'enclenchement de KM1 tant que KM2 est en fonctionnement.

Fonctionnement du schéma de puissance

La responsabilité de commuter les phases pour inverser le sens de rotation du moteur incombe au circuit de puissance.

Le fil blanc amène la phase A sur la borne gauche du contacteur MP KM1, puis via un pont, il rejoint la borne gauche de KM2. Les sorties des contacteurs sont également reliées par un pont croisé, puis via KM1, la phase A du moteur arrive sur le premier bobinage.

Lorsque les contacts du contacteur MP KM1 s'actionnent, la phase A est appliquée au premier bobinage, la phase B au deuxième, et la phase C au troisième. Le moteur tourne alors vers la gauche.

Lorsque KM2 s'actionne, les phases B et C sont interverties. La première arrive sur le troisième bobinage, la seconde sur le deuxième. Il n'y a pas de changement pour la phase A. Le moteur commencera à tourner vers la droite.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Détails sur le dispositif et le branchement du contacteur :

Aide pratique pour le branchement du contacteur MP :

À l'aide des schémas fournis, il est possible de brancher soi-même un contacteur magnétique aussi bien sur un réseau 220 V que 380 V.

Il faut se rappeler que le montage n'est pas complexe, mais pour un schéma d'inversion, il est important de disposer d'une protection bilatérale rendant impossible un enclenchement en opposition. Le verrouillage peut être mécanique ou réalisé par des contacts de verrouillage.

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