Un moteur triphasé peut-il fonctionner en monophasé ? Condensateur et perte de puissance

Oui, mais seulement en petite puissance et avec une perte. Un moteur triphasé dont la plaque indique 230/400 V (Δ/Y) peut tourner sur un réseau monophasé 230 V si ses enroulements sont couplés en triangle et qu'un condensateur permanent est raccordé à la troisième borne ; c'est le montage Steinmetz. La contrepartie est une baisse nette de la puissance utilisable et un couple de démarrage bien plus faible : par exemple, le DRG-90L-4 de 1,5 kW à 1500 tr/min démarre en triphasé avec 2,3 fois son couple nominal, mais perd la plus grande partie de cette marge en monophasé. Sur les moteurs 400/690 V (à partir de 4 kW dans notre boutique en ligne), la méthode n'a pas d'intérêt pratique.

Ce montage implique de travailler directement sous la tension du réseau ; ouvrir la boîte à bornes, raccorder le condensateur et régler la protection est le travail d'un électricien qualifié. Un condensateur peut rester chargé après la coupure : ne touchez jamais ses bornes à mains nues. Nous expliquons ci-dessous, à partir des données catalogue, quel moteur convient au monophasé, comment se fait le raccordement borne par borne, pourquoi la puissance chute et dans quel cas une autre solution est plus logique.

Précisons d'abord : les 120 modèles de notre rubrique Acheter un moteur électrique en ligne sont tous des moteurs asynchrones triphasés.

Quel moteur triphasé peut être branché en 230 V ? Regardez la tension de la plaque

Ce n'est pas la puissance du moteur qui décide, mais la tension d'enroulement. Sur un moteur 230/400 V, chaque enroulement de phase est prévu pour 230 V : il est couplé en étoile sur un réseau 400 V et en triangle sur 230 V. Les 230 V d'une prise monophasée correspondent exactement à cette tension d'enroulement. Sur un moteur 400/690 V, l'enroulement est prévu pour 400 V ; même en triangle sous 230 V, chaque enroulement ne reçoit que 230/400 de la tension requise. Comme le couple d'un moteur asynchrone varie à peu près avec le carré de la tension, cela donne (230/400)² ≈ 0,33, soit un couple ramené à environ un tiers, avant même la pénalité du monophasé.

Dans notre gamme, les modèles jusqu'à 3 kW sont bobinés en 230/400 V et ceux à partir de 4 kW en 400/690 V. Le tableau présente des exemples de la série 4 pôles (1500 tr/min). La colonne « courant 230 V Δ » est le courant de ligne que le moteur absorberait sur un réseau triphasé 230 V en triangle ; elle est calculée à partir du courant sous 400 V avec I ∝ 1/U (I₂₃₀ = I₄₀₀ × 400 / 230).

« Possible » signifie que le moteur le supportera, pas que votre machine fonctionnera avec ce couple réduit. Aussi, dans la plage 2,2–3 kW, la solution par variateur décrite plus bas pose en général moins de problèmes qu'un condensateur.

Montage Steinmetz : sur quelle borne se branche le condensateur ?

La boîte à bornes comporte six bornes : U1 V1 W1 en haut, W2 U2 V2 en bas. Pour le fonctionnement en monophasé, on couple d'abord les enroulements en triangle, c'est-à-dire que les trois barrettes sont posées verticalement. La phase et le neutre vont ensuite sur deux sommets, et le condensateur se raccorde entre le troisième sommet et l'une de ces deux bornes.

Le condensateur alimente l'enroulement relié à W1 avec un courant déphasé par rapport au réseau et imite ainsi grossièrement un champ tournant triphasé. Cette imitation n'est bonne qu'à une charge donnée ; quand la charge varie, les courants des enroulements s'écartent les uns des autres. Toutes les limites du montage Steinmetz viennent de là.

Comment inverser le sens de rotation ?

Le fil du condensateur sur W1 reste en place ; son autre fil est déplacé de U1 (côté phase) vers V1 (côté neutre), et le moteur tourne dans l'autre sens. C'est l'équivalent monophasé de la règle triphasée « inverser deux phases ». Les barrettes ne sont pas touchées. Si vous devez inverser souvent, faites-le avec un circuit à deux contacteurs ; ne débranchez jamais le condensateur à la main pendant la rotation.

Comment déterminer la valeur et le type du condensateur ?

Des règles donnant un nombre fixe de microfarads par kilowatt circulent sur Internet ; nous n'en donnons volontairement aucune ici, car la bonne valeur dépend de la conception du bobinage, du nombre de pôles et surtout de la charge. Un condensateur qui équilibre le moteur à vide peut le laisser déséquilibré en charge. La méthode fiable est la suivante :

• Si la documentation du moteur ou le tableau du fabricant du condensateur donne une recommandation pour cet usage, partez de celle-ci.
• Sinon, commencez par une petite valeur et faites tourner le moteur sous sa charge réelle ; mesurez les trois courants aux bornes du moteur (L, N et branche du condensateur) avec une pince ampèremétrique.
• Modifiez la valeur par paliers et trouvez le point où les trois courants sont les plus proches. Une valeur plus élevée renforce le démarrage mais surcharge l'enroulement du condensateur à vide et à faible charge.
• Utilisez uniquement un condensateur permanent pour moteur (AC, prévu pour rester en service) dont la tension nominale dépasse nettement celle du réseau. Un condensateur électrolytique (DC) ne convient pas.

Si le couple de démarrage est insuffisant, on ajoute en parallèle un second condensateur de démarrage, mis hors circuit par un relais ou une temporisation dès que le moteur atteint sa vitesse. S'il reste en service, le moteur chauffe très vite. Les condensateurs de démarrage et permanent fonctionnent selon le même principe que sur les moteurs monophasés ; voir notre article pourquoi un condensateur est nécessaire sur les moteurs monophasés.

Pourquoi la puissance et le couple de démarrage baissent-ils en monophasé ?

En triphasé, chaque enroulement porte le même courant et le champ tournant est régulier. En monophasé, un enroulement (entre U1 et V1) reçoit directement la tension du réseau, les deux autres restent en série et le condensateur est en parallèle sur l'un d'eux ; le champ ressemble à une ellipse plutôt qu'à un cercle et il pulse. Le résultat se voit à trois endroits :

• Puissance continue : l'enroulement le plus chargé atteint sa limite thermique avant les autres. Si vous chargez le moteur à sa puissance nominale, cet enroulement surchauffe ; le moteur doit donc être utilisé nettement en dessous de sa puissance nominale. L'écart dépend de la charge et du condensateur et ne se détermine que par la mesure.
• Couple de démarrage : le condensateur ne donne un bon déphasage qu'à une seule vitesse (le point de charge). À l'arrêt, le champ est faible ; le rapport Ts/Tn du catalogue (2,3 pour le modèle de 1,5 kW) ne s'applique donc pas en monophasé. Ce moteur, de couple nominal 9,91 Nm, démarre en triphasé avec environ 2,3 × 9,91 ≈ 22,8 Nm, mais avec beaucoup moins en monophasé.
• Vibrations et bruit : le champ pulsé produit un bourdonnement et une légère vibration à deux fois la fréquence du réseau ; ce n'est pas un défaut en soi, mais le son diffère de celui du triphasé.

Quelle limite de courant respecter ? Exemple de calcul

Le DRG-90L-4 absorbe 3,3 A sous 400 V en étoile ; en étoile, le courant de ligne est égal au courant d'enroulement, chaque enroulement supporte donc 3,3 A. Couplé en triangle sous 230 V, le même moteur a un courant de ligne équivalent de 3,3 × 400 / 230 ≈ 5,74 A et un courant d'enroulement de 5,74 / √3 ≈ 3,31 A : la limite des enroulements est identique. Dans le montage Steinmetz, aucun des trois courants aux bornes ne doit dépasser environ 5,74 A ; mais comme les courants sont déséquilibrés, cela ne suffit pas : c'est la température de la carcasse après un temps de marche en charge qui tranche. Vous pouvez vérifier les courants d'autres puissances avec notre tableau des courants moteur.

Échauffement et protection : ne laissez pas un moteur à condensateur en charge sans mesurer

La panne la plus fréquente avec le montage Steinmetz est la surchauffe lente d'un seul enroulement jusqu'à la rupture de son isolation. Comme le moteur semble tourner normalement, elle passe souvent inaperçue. Côté protection, veillez aux points suivants :

• Le disjoncteur moteur ou le relais thermique est réglé sur le courant de ligne monophasé, sans dépasser le courant équivalent 230 V Δ (≈ 5,74 A pour 1,5 kW).
• Le relais voyant un courant monophasé, vérifiez dans sa documentation qu'il convient à un usage monophasé et comment câbler ses pôles.
• Si un condensateur de démarrage est utilisé, vérifiez dès le premier essai, visuellement et par mesure du courant, que le relais qui le déconnecte fonctionne réellement.
• Le conducteur de protection (PE) de la boîte à bornes doit être raccordé correctement ; si le circuit de prises monophasé n'a pas de terre, le moteur ne doit pas y être branché.

Liste de contrôle de la première mise en service

• La plaque indique-t-elle 230/400 V (Δ/Y) ? Sinon, arrêtez.
• Les trois barrettes sont-elles en triangle, les écrous serrés ?
• Le condensateur est-il de type permanent AC, sa tension suffisante, est-il bien fixé ?
• Le sens de rotation à vide est-il correct ?
• Les trois courants aux bornes ont-ils été mesurés en charge ; sont-ils proches, l'un d'eux dépasse-t-il la limite ?
• Après une longue marche en charge, la température de carcasse et les courants ont-ils été remesurés ?
• La maintenance se fait-elle seulement après décharge des bornes du condensateur ?

Dans quelles applications le fonctionnement sur condensateur n'a-t-il pas de sens ?

Le condensateur est une solution provisoire acceptable pour des démarrages légers et des charges peu variables (petit ventilateur, machine-outil démarrant à vide, ponceuse légère, mélangeur). Choisissez une autre voie dans les cas suivants :

• Machines démarrant en charge : compresseur à piston, convoyeur chargé, concasseur, pétrin. Le faible couple de démarrage fait bourdonner le moteur et déclencher le thermique.
• Arrêts-démarrages fréquents : chaque démarrage sollicite encore l'enroulement du condensateur.
• Charges très variables : un seul condensateur n'est équilibré qu'en un point de charge.
• Moteurs 400/690 V : la tension d'enroulement ne correspond pas, le couple tombe à environ un tiers.

La meilleure voie : variateur à entrée monophasée ou moteur monophasé

Si seul le 230 V est disponible et que vous avez besoin de toute la puissance du moteur, il existe deux bonnes solutions. Un variateur de fréquence à entrée monophasée reçoit du 230 V monophasé et fournit au moteur du triphasé 230 V. Le moteur est couplé en triangle, les trois enroulements portent le même courant et la puissance comme le couple de la plaque sont disponibles ; on gagne en plus un démarrage progressif et le réglage de vitesse. Le courant de sortie du variateur doit couvrir le courant du moteur sous 230 V : ≈ 5,74 A pour le modèle 4 pôles de 1,5 kW, ≈ 10,47 A pour 3 kW. La sortie étant en 230 V, cette méthode ne vaut elle aussi que pour les moteurs 230/400 V. La seconde solution, si la charge est faible, consiste à utiliser directement un moteur monophasé.

La dernière ligne compte : si l'atelier doit recevoir le triphasé plus tard, acheter un moteur triphasé et le faire tourner sur variateur en attendant ne gaspille pas l'investissement. Pour choisir un moteur triphasé, vérifiez à l'avance le courant et la section de câble avec nos outils de calcul pour moteur électrique.

Moteurs triphasés 230/400 V adaptables au monophasé

Exemples 4 pôles de notre boutique en ligne, en 230/400 V (Δ/Y), utilisables en 230 V avec variateur ou condensateur :

• DRG-712-4 – 0,37 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 71
• DRG-802-4 – 0,75 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 80
• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 90L
• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – carcasse fonte, IEC 90L
• DRG-100L1-4 – 2,2 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 100L
• DRG-100L2-4 – 3 kW – 1500 tr/min – carcasse aluminium, IEC 100L

Cliquez pour voir les prix actuels et commander ces moteursVOIR LES PRIX →

Questions fréquentes

Un moteur triphasé de 3 kW peut-il être branché en 230 volts ?

Si sa plaque indique 230/400 V, oui, en triangle. Le DRG-100L2-4 appartient à cette catégorie ; son courant équivalent en triphasé 230 V est d'environ 10,47 A. Sur condensateur, la puissance et le couple de démarrage baissent nettement ; à cette puissance, un variateur à entrée monophasée est la solution la plus juste.

Combien de microfarads faut-il pour faire tourner un moteur triphasé en monophasé ?

Il n'existe pas de valeur unique valable pour tous les moteurs et toutes les charges. Partez de la recommandation du fabricant du moteur ou du condensateur, faites tourner le moteur sous sa charge réelle, ajustez la valeur en mesurant les trois courants aux bornes et validez avec la température de carcasse. Ce réglage doit être fait par un électricien.

J'ai branché un condensateur, le moteur bourdonne mais ne tourne pas : pourquoi ?

La cause la plus fréquente est un démarrage en charge : en monophasé, le couple de démarrage chute fortement. Un condensateur coupé ou affaibli, des barrettes restées en étoile au lieu du triangle et une plaque 400/690 V donnent le même symptôme. Coupez immédiatement le moteur ; le laisser bourdonner échauffe le bobinage.

Un moteur 380 volts fonctionne-t-il en 220 volts ?

Les moteurs appelés couramment « moteurs 380 V » sont soit en 230/400 V, soit en 400/690 V. Ceux en 230/400 V peuvent fonctionner en 230 V couplés en triangle (à pleine puissance avec un variateur, avec pertes sur condensateur). Ceux en 400/690 V ne produisent pas assez de couple sous 230 V ; ils nécessitent un réseau triphasé 400 V.

Envoyez-nous la plaque de votre moteur et la machine à entraîner, nous vous aiderons à choisir le bon modèle triphasé : +90 (542) 666 11 11, [email protected] ou notre page de contact. Pour voir tous les modèles, parcourez les 120 moteurs triphasés de notre boutique en ligne.