Utiliser des démarreurs progressifs pour résoudre les problèmes de cybersécurité et de démarrage des moteurs

Les moteurs asynchrones triphasés alimentés par le secteur CA et d'une puissance de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de chevaux sont la force motrice de nombreuses applications commerciales et industrielles. Ils ont généralement des courants d'entraînement moteur s'étendant d'environ 10 ampères (A) à plus de 1000 A à des tensions de ligne d'un peu plus de 200 volts CA (V_CA) jusqu'à 700 V_CA. Le problème pour les concepteurs est qu'ils tirent un courant d'appel important au démarrage, ce qui peut endommager le moteur et affecter la charge.

Une unité de commande de démarreur progressif entre la ligne CA et le moteur contrôle ce courant d'appel en gérant l'accélération et le couple de démarrage du moteur, optimisant ainsi les performances du moteur et minimisant les conséquences indésirables. Les démarreurs progressifs plus avancés ajoutent des fonctionnalités sophistiquées pour optimiser les performances, fournir une protection électrique et thermique, inclure une suite robuste d'options de connectivité et offrir une protection contre les cyberattaques.

Cet article décrit les fonctions d'un démarreur progressif. Il présente et montre ensuite comment appliquer les unités de commande Altivar Soft Starter ATS480 de Schneider Electric.

Fonctions de démarreur progressif

Un démarreur progressif est utilisé avec un moteur pour réduire le courant d'appel et contrôler le couple lors du démarrage pendant une période de transition. Il augmente progressivement la tension appliquée au moteur, ce qui entraîne une accélération régulière avec un minimum d'à-coups (le taux de changement d'accélération).

Les démarreurs offrent généralement la possibilité d'ajuster le couple de démarrage et le temps d'accélération en fonction de différentes applications. Ils peuvent réduire considérablement le courant de démarrage pour atteindre une rupture et retenir le courant pendant l'accélération.

Les démarreurs progressifs les plus récents offrent des fonctionnalités supplémentaires qui augmentent le rendement, maintiennent un facteur de puissance (PF) élevé grâce à la correction PF dynamique, améliorent la sécurité électrique, détectent les anomalies de ligne et de moteur, fournissent une connectivité réseau et répondent aux problèmes de cybersécurité.

La série Altivar Soft Starter ATS480 de Schneider Electric (Figure 1) offre un exemple des capacités et des caractéristiques des démarreurs progressifs de pointe.

Figure 1 : La série Altivar Soft Starter ATS480 ajoute de nombreuses fonctionnalités avancées à sa fonction principale. (Source de l'image : Schneider Electric)

Ces unités intègrent six thyristors et un algorithme de commande de couple pour contrôler l'accélération, la décélération et l'arrêt des moteurs asynchrones triphasés à cage d'écureuil jusqu'à 900 kilowatts (kW). Le large éventail de modèles de cette série prend en charge des tensions de fonctionnement de 208 V à 690 V et des courants de 17 A à 1200 A. Toutes les unités répondent aux normes, certifications et mandats réglementaires mondiaux qui définissent les performances, la sécurité, le rendement, la compatibilité électromagnétique (CEM), le degré de pollution, et les chocs et vibrations.

Les unités ATS480 intègrent de nombreux types distincts de protections de ligne, de démarreur et de charge, notamment :

• Défaillance de phase (ligne)
• Protection thermique intégrée (moteur)
• Protection thermique (démarreur)
• Surcharge de courant (moteur)
• Sous-charge (moteur)
• Temps de démarrage excessif, rotor bloqué (moteur)
• Perte de phase moteur (moteur)
• Perte de phase d'alimentation (ligne, moteur)
• Protection thermique (moteur) via une connexion directe à une thermistance à coefficient de température positif (CTP) ou à une sonde de capteur de température à résistance (RTD) à 2 ou 3 fils Platinum 100 (PT100)

Il existe de nombreuses possibilités de connexion de circuits pour répondre aux divers besoins des applications cibles. Par exemple, une configuration de base est destinée à la commande locale lorsqu'une intervention manuelle est requise pour redémarrer après une réinitialisation d'erreur, même dans le cas d'une commande à distance (Figure 2). Ici, l'opérateur appuie sur le bouton-poussoir S3 pour redémarrer.

Figure 2 : Illustration de l'une des nombreuses options de câblage pour le démarreur progressif. L'utilisateur doit initier manuellement un redémarrage après une réinitialisation d'erreur en appuyant sur S3. (Source de l'image : Schneider Electric)

Les spécificités de désignation des composants sont définies dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Désignations des composants pour la Figure 2. (Source de l'image : Schneider Electric)

Les unités ATS480 sont également dotées de contacts de relais électromécaniques discrets normalement ouverts (NO) et normalement fermés (NC) répertoriés à 2 A/250 V_CA et de sorties numériques à collecteur ouvert de 30 V. Ces contacts et sorties simplifient la mise en œuvre de fonctionnalités supplémentaires, telles que des voyants lumineux ou des équipements auxiliaires.

Connectivité et cybersécurité

En plus des fonctionnalités avancées de démarreur progressif, toutes les unités ATS480 prennent en charge une large gamme d'options de connectivité. Chaque unité ATS480 dispose de deux ports RJ45 pour les connexions de configuration et de mises à jour micrologicielles, et d'un terminal d'affichage graphique ou en texte brut externe. De plus, chaque unité est équipée d'un emplacement pour un module de communication supplémentaire prenant en charge les formats Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET ou PROFIBUS DP.

Cette connectivité pose inévitablement des problèmes de sécurité. Pour y remédier, la série intègre des « meilleures pratiques » en matière de cybersécurité dans les unités pour offrir une protection contre les actes malveillants intentionnels (piratage) et les activités bien intentionnées mais imprudentes des employés ou des sous-traitants. Ces protections intègrent la gestion des comptes, y compris l'authentification et l'autorisation des utilisateurs, ainsi que plusieurs couches de protection par mot de passe. Il existe également des restrictions délibérées sur divers ports, fonctions et sources.

Un niveau de sécurité plus élevé comprend des défenses proactives en profondeur pour gérer les événements liés à la cybersécurité, notamment des journaux d'activité détaillés et horodatés par l'utilisateur. L'authenticité du micrologiciel installé et de toutes les mises à niveau est renforcée par un micrologiciel signé numériquement et par des clés cryptographiques. Cela garantit qu'un micrologiciel valide est utilisé à chaque cycle de mise sous tension.

Interface homme-machine également prise en compte

Outre une connectivité étendue, de nombreuses installations à démarrage progressif doivent également prévoir un accès immédiat et direct pour l'opérateur. Cet accès commence par une initiation RUN et STOP de base via des commutateurs discrets, très visibles et clairement étiquetés sur ou à proximité du moteur ou de l'installation. Ceux-ci sont souvent imposés par les normes de sécurité réglementaires.

Pour mettre en œuvre ces exigences, les unités ATS480 peuvent être câblées avec deux commutateurs marche et arrêt indépendants ou un seul commutateur marche/arrêt (Figure 3).

Figure 3 : Le démarreur progressif peut être câblé pour utiliser deux boutons-poussoirs arrêt et marche indépendants ou un commutateur à double rôle. (Source de l'image : Schneider Electric)

Pour la configuration, l'exécution et l'interrogation de base, les concepteurs peuvent utiliser le terminal d'affichage en texte brut à huit lignes VW3A1113 (Figure 4). En utilisant le connecteur RJ45 disponible, ce terminal peut être connecté et monté à l'avant du démarreur progressif ou monté sur une porte de boîtier à l'aide d'un accessoire de montage à distance.

Figure 4 : Le terminal d'affichage en texte brut VW3A1113 se connecte au démarreur progressif à l'aide du connecteur RJ45 inclus et prend en charge les fonctions de configuration, d'exécution et d'interrogation de base. (Source de l'image : Schneider Electric)

Cette unité multilingue (anglais, français, espagnol, italien, allemand et chinois, avec d'autres langues disponibles en téléchargement) requiert un mot de passe pour se connecter afin de garantir la sécurité du système. Une fois connecté, il permet de :

• Contrôler, régler et configurer le démarreur progressif
• Afficher les valeurs en cours du moteur, l'entrée/sortie et les données de la machine
• Stocker et télécharger les configurations
• Dupliquer la configuration d'un démarreur progressif sous tension sur un autre démarreur progressif également sous tension

Pour des fonctions plus avancées de diagnostic, de contrôle, de surveillance et de gestion des fichiers, le Device Type Manager (DTM) et le logiciel SoMove de Schneider peuvent être utilisés avec un affichage de terminal graphique basé sur PC.

La puissance nominale dicte le conditionnement et le facteur de forme

Bien que les unités dans la série Altivar Soft Starter ATS480 offrent les mêmes fonctions, capacités, interfaces utilisateur et connectivité, elles diffèrent par leurs niveaux de puissance d'entraînement. Cela dicte le conditionnement et le facteur de forme appropriés, ce qui peut être facilement constaté en examinant les membres de la série dont la puissance est la plus faible et la plus élevée.

L'ATS480D17Y (Figure 5, à gauche) est conçu pour alimenter et commander des moteurs CA triphasés avec un courant de 17 A depuis une ligne de 208 à 690 V_CA, et il fonctionne avec une alimentation de commande de 110 à 230 V_CA. Il mesure 275 millimètres (mm) de haut, 160 mm de large et 8 mm de profondeur, et pèse un peu moins de 5 kilogrammes (kg).

Figure 5 : Les unités les plus petites (à gauche) et les plus grandes (à droite) de la famille Altivar Soft Starter ATS480 sont fonctionnellement similaires mais couvrent une large gamme en termes de spécifications de poids et de tenue en courant. (Source de l'image : Schneider Electric)

En revanche, l'ATS480M12Y (Figure 5, à droite) est répertorié pour des courants beaucoup plus puissants de 1200 A depuis une ligne de 208 à 690 V_CA et fonctionne avec une alimentation de commande de 110 à 230 V_CA. Bien qu'il offre des caractéristiques et des fonctions presque identiques à celles de l'unité de 17 A, il est beaucoup plus grand, mesurant 890 mm de haut, 770 mm de large et 329 mm de profondeur, pour un poids de 115 kg.

Conclusion

Les démarreurs progressifs constituent un lien essentiel entre la ligne CA polyphasée et les moteurs CA triphasés moyens à grands, où ils gèrent le courant d'appel. La famille Altivar Soft Starter ATS480 de Schneider Electric prend en charge des moteurs s'étendant de 17 A à 1200 A avec une connectivité réseau étendue et une cybersécurité améliorée. Elle fournit également diverses fonctions pour améliorer les performances, la sécurité et la fiabilité.