Utilisation Moteur Triphasé

Une Technique de Anthony dans les catégories Électronique, Projet de Groupe. Dernière modification le 8/11/2020 par Amichel.

Utilisation d'un moteur triphasé avec réducteur d'occasion avec une alimentation monophasée 220V.

Difficulté

Difficile

Durée

1 mois

Coût

100 EUR (€)

Licence :

Mot(s)-clé(s) : Triphasé, Moteur

Introduction

Il est courant de trouver des moteurs triphasés avec réducteur sur le marché de l'occasion à des prix raisonnables. Ces moteurs sont prévus pour fonctionner avec une alimentation à 3 phases 230V/400V et ne sont pas directement compatibles avec l'alimentation 220V standard. Néanmoins, il est quand même possible de les faire fonctionner avec un montage électronique adapté.

Dans ce projet, on va essayer de procéder étape par étape en capitalisant les informations utiles et en indiquant les problèmes rencontrés.

Liste des matériaux

Liste des outils

Etape n°1 - Sélection du moteur

Dans le cadre du projet plastique, on cherche des moteurs pour l'extrudeuse et la broyeuse. Dans les deux cas on a besoin d'un moteur avec réducteur mais les spécifications différentes.

Pour la broyeuse (shredder V2 Precious Plastic) il est préconisé d'utiliser un moteur de 2ch à 3 ch avec une vitesse 30 à 100 tours/minute.

• Nous nous sommes orientés vers un broyeur de végétaux à couteaux équipé d'un moteur de 2500 W avec un réducteur planétaire qui développe un couple de 350 N.m (soit 3500 kg.cm) à 50 tours/minute. L'avantage c'est qu'il est déjà tout équipé et adapté au 220V.

Pour l'extrudeuse on a besoin d'un couple moins important, de l'ordre de 150 kg.cm et d'une vitesse modérée, entre 10 et 50 tours/minute.

• Notre premier choix s'est porté sur un petit moteur d'essuie glace 12V avec un couple de 30 kg.cm à 60 tours/min. C'est utilisable pour une petite machine de bureau mais en pratique on s'aperçoit que c'est vraiment juste. Il faudrait ajouter un réducteur en plus pour gagner du couple et réduire la vitesse.

• En regardant les annonces on est tombé sur un lot de deux moteurs de porte de garage de puissance intermédiaire (500 à 750W) en bon état avec un fort réducteur. Il s'agit de moteurs triphasés donc se pose la question du branchement et de l'utilisation avant l'achat.

Etape n°2 - Test du moteur avec le vendeur

Rendez-vous est pris avec le vendeur. Il nous propose de tester le moteur chez lui avant l'achat avec la méthode du condensateur. Bonne idée, on va apprendre un truc au passage et voir tourner le moteur.

Découverte du moteur

• Le moteur est en bon état avec un beau réducteur. Il n'a pas de plaque signalétique, d'après le vendeur, la plaque était fixée sur le portail. ll estime que la puissance est de l'ordre de 750W.

Cablage moteur (voir photos)

• 4 vis à tête hexagonales permettent de découvrir le capot avec un joint et des cables
• 6 cables noirs avec des numéros branchés sur les écrous
• 2 cables vert et jaune branchés sur une vis au fond

Branchement du moteur (voir photos)

• Alimentation 220 v : fils bleu et noir, jonction par torsade sur cables noir
• Condensateur permanent 35 µF 450V : fils rouge et noir, pince croco sur cable noir et écrou
• Les autres cables sont laissés libres (masse comprise pour l'essai)

Démarrage du moteur

• Branchement de l'alimentation sur une multiprise
• Switch bouton ON, vroom, ça tourne !
• Vitesse estimée : 10 tours minute, c'est exactement ce qu'il nous faut !

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Etape n°3 - Analyse du cablage réalisé

De retour au lab, grace aux photos et aux docs disponibles sur internet, on peut analyser le cablage réalisé pour pouvoir le reproduire.

Cablage moteur triphasé (voir photo et schéma)

• Le moteur dispose de 6 plots avec écrous identifiés (U1,V1,W1) et (W2,U2,V2) où sont fixés 6 cables d'alimentation noirs identifiés respectivement par (U5,V5,W5) et (U4,V4,W4)
• Au fond il y a une vis attachée à la caracasse sur laquelle sont fixés 2 cables de masse vert et jaune
• Des cables allant au moteur sont fixés sur les plots :
  • U1 : rouge, V1: noir, W1 : jaune pale
  • W2 : rouge, U2 : noir, V2 : jaune pale

Branchement moteur monophasé (voir photo et schéma)

• (1) Alimentation 220V bleu = cable V4 (plot U2)
• (2) Alimentation 220V noir = cable W4 (plot V2)
• (3) Condensateur rouge = cable U4 (plot W2)
• (4) Condensateur noir = plot U2 (cable V4)

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Etape n°4 - Contrôle moteur par VFD

Le montage avec condensateur est pratique pour tester un moteur mais la 3ème phase générée est imparfaite et on ne peut pas contrôler le courant qui passe dans le moteur.

Il existe des appareils spécifiques appelés VFD (variateur de fréquence) qui permettant de générer du courant 3 phases et de piloter la vitesse et le sens de rotation de manière sécurisée.

Pour contrôler les moteurs en sécurité au lab nous avons acquis un Minleaf AT1-2200X (puissance max = 2200W) (Merci Jean-Michel).

Découverte du VFD

• L'appareil est un boitier gris de 18cm par 12 cm et pèse environ 1 kg
• Le partie puissance est séparée de la partie contrôle
• Il y a un écran de contrôle avec des boutons pour le contrôle manuel
• On peut aussi le piloter par Arduino

Documentation associée

• PDF de la notice : 20191219021030AT1-2200X.pdf
• Vidéo utilisateur sur youtube : VFD Inverter Drive & New 3 Phase Motor For My Myford ML7 Lathe

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Etape n°5 - Vérification du cablage moteur avant branchement

Avant de brancher le moteur sur le VFD, il faut savoir quel cablage est utilisé (étoile, triangle) et identifier le plots sur lequels effectuer le branchement.

Tests d'impédance Jean-Michel

• Avec un multimètre en mode Ohm-Mètre. Test des plots deux à deux et report des résistances mesurées sur un papier.

Problème : Jean-Michel qui a effectué les mesures n'est pas rassuré. Les données qui sortent lui semblent bizarres et il a l'impression que les enroulements ont fondu dedans...

Anthony fait savoir qu'on a acheté deux moteurs identiques mais que le second n'a pas été testé sur place. Jean-Michel aurait il entre ses mains le Moteur 2 et celui ci serait il grillé ?

Le fablab est fermé depuis hier mais par chance le moteur 2 est stocké chez Anthony donc on peut prendre des photos des deux moteurs et jouer aux différences...

Bilan du jeu des différences

• Le Moteur 2 a un bloc de cablage placé dans l'autre sens (plots de sortie vers l'arrière) et les cables noirs identifiés par 7 et 6 au lieu des numéros 5 et 4. C'est bien le moteur 1 qui est Jean-Michel !

Suite aux questions de Jean-Michel, Anthony essaie de faire les mêmes tests que Jean-Michel avec un petit multimètre de bricolage.

Test d'impédance Anthony (Moteur 2)

• Les mesures d'impédance sont instables, pas moyen d'attraper des valeurs ou de vérifier la continuité du circuit.

A suivre...

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Etape n°6 - Test Moteur 2 : continuité et résistances

La nuit est passée, on peut reprendre les mesures à tête reposée du moteur 2 pour voir si c'est l'opérateur ou l'appareil qui pose souci.

On voit très vite que la mesure est instable si on la prend au niveau des écrous, par contre c'est stable si on se branche sur l'arrivée des fils noirs. Peut être des soucis d'oxydation ? Ce n'est pas bloquant mais il faudra revoir ça si ça pose problème avec le VFD.

Le test consiste à utiliser le multi-metre en mode "ohm-metre et continuité" et à passer sur les 6 plots (U1,V1,W1,W2,U2,V2) de manière systématique. La mesure est redondante puisqu'on visite 2 fois chaque connexion mais c'est complet ! Les mesures sont reportées dans les tables sur une feuille de papier (voir photo ci joint).

On peut maintenant reprendre le schéma de Jean-Michel et reporter les mesures dessus pour se comparer.

Bilan des mesures : le moteur 2 testé par Anthony est cablé de manière identique au moteur 1 testé par Jean-Michel. Les valeurs sont un peu différentes mais la règle est la même.

Ca nous rassure, on peut maintenant passer à l'étape suivante : essayer d'interpréter le résultat en terme de bobinage et cablage du moteur.

Question : est ce que le moteur est cablé en étoile, en triangle ou pas cablé du tout à ce stade ?

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Etape n°7 - A la recherche du schéma de cablage

La mesure des résistances étant cohérente, on peut essayer de trouver quel est le schéma de cablage correspondant.

Première constatation : on a mesuré résistances allant de 74 à 133 Ohm entre les plots donc ça ne peut pas correspondre à un couplage triangle ou étoile classique où certains plots sont reliés deux à deux avec des plaques en cuivre.

Par chance ou désespoir, en grattant un peu dans Google images avec les mots clés résistance et triphasé, je suis tombé sur la page web suivante très bien intitulée : Comment identifier un moteur triphasé sans plaque signalétique ?

Le schéma "Couplage Triangle" dans la section 2. Moteur 2 vitesses à couplage Dahlander : a l'air bien sympa avec des résistances entre tous les plot. Allez ça se tente !

Question : comment est ce qu'on calcule la résistance équivalente entre deux plot dans un circuit comme celui ci ?

Rappel du cours d'électricité :

• Résistances R1,R2 en série => Req= R1 + R2 (moyenne arithmétique)
• Résistances R1,R2 en parallèle => Req = 1/(1/R1 + 1/R2) (moyenne harmonique)

Je vous passe le petit jeu de recherche de connexions somme toute sympathique à faire mais ça se présente plutôt bien : les résistances équivalentes calculées pour relier U1 et V1 aux autres plots sont égales à 5/6*R, 4/3*R ou 3/2*R, ça fait 3 valeurs différentes comme nous !

En prenant comme référence Req1 = U1-U2 = 5/6*R mesuré à 74 Ohm sur le moteur 2, on trouve R = 6/5*74 = 88.8 Ohm, ce qui donne Req2 = 4/3*R = 118.4 et Req3 = 133.2 ! Hourra, ça matche !

En y regardant de plus près il reste tout de même un problème : les résistances ne sont pas à la bonne place dans le tableau. Par exemple V1-W1 = Req3 sur le schéma et on mesure Req2 alors que U1-V2 = Req1 et on mesure Req3 ! Zut, c'est pas encore bon !

Conclusion : on approche du but mais l'enquête n'est pas terminéé...

Sur le site de Labobine il est indiqué qu'il y a différentes possibilités d'enroulements sur les moteurs à 2 vitesse.

En partant d'un schéma classique et en inversant les points de connexion de V1 et W1, on forme un montage "Dalhander spécial" qui donne les mêmes valeurs de résistance que ce que l'on a mesuré (voir illustration ci contre). Est ce la seule possibilité et est ce que ça caractérise le moteur ?

Dernier point à noter : le moteur avait deux cables branchés sur les plots (U1,V1,W1) et (W2,U2,V2) respectivement (il reste le bout des cables triphasés sur le moteur 2 et pour les deux moteurs des étiquettes U,V,W avec les identifiants 7,6,5 et 4). Ca pourrait être justifié par l'usage de 2 vitesses. C'est un point à creuser pour pouvoir piloter correctement ces moteurs avec le VFD.

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Etape n°8 - Préparation du moteur

Les plots ont été nettoyés et vérifiés. Le cablage est réduit aux seules bornes utiles pour le test  : W2,U2,V2 et M2.

Les fils sont sortis du boitier par un des passe-cable et branchés sur un gros domino électrique pour faciliter les connexions.

On ajoute un boitier électrique avec 4 disjoncteurs pour isoler notre montage du reste de l'installation.

Etape n°9 - Cablage des moteurs Dahlander

Suite à notre enquête on peut penser que notre moteur est de type Dahlander avec une configuration spéciale des plots V1 et W1. Sur les schémas ci contre, on a représenté le cablage en triangle en série actuel (basse vitesse), et le cablage en double étoile (haute vitesse) associés.

Remarques importantes :

• 1/ Les schémas ci contre sont spécifiques à notre configuration où les plots V1 et W1 sont inversés par rapport à un schéma de Dahlander classique.
• 2/ Pour chaque type de cablage il y a deux possibilités. La plus courante est encadrée en vert, la seconde possibilité est entourée avec des pointillés en rouge. Ca semble équivalent sur un schéma mais selon la configuration physique des bobines seule une des deux configurations est habituellement recommandée par le constructeur. En l'absence de plaque laquelle choisir ?
• 3/ Si on inverse les fils associés à 2 phases le moteur tournera dans le sens inverse de celui prévu. Ce n'est pas grave pour un test car le réducteur associé au moteur est inversible. Cependant il serait dangereux d'engager le moteur dans le mauvais sens si un matériel était couplé au moteur ou si on voulait changer de vitesse durant la marche.

Conseil : bien noter le cablage effectué (avec le numéro des phases) et le sens de rotation du moteur lors des tests.

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Etape n°10 - Premier test du moteur avec le VFD

Contrôle du moteur avec le VFD :

• Entrée monophasée 220V, sortie triphasée 220V
• Réglage de la fréquence max à 65 Hz
• Allumage,démarrage et montée en fréquence manuel avec la molette
• Arrêt contrôlé en douceur avec le bouton STOP/Reset.

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Notes et références

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