Dimensionner un groupe électrogène pour des moteurs électriques

Dans une installation alimentée par un groupe électrogène, la plupart des problèmes ne viennent pas de la charge permanente, mais du moment où les moteurs démarrent. Une pompe qui appelle 30 kVA en fonctionnement en demande plusieurs fois plus pendant les premières secondes. Si le groupe ne peut pas répondre à cet appel brusque, la tension chute, les contacteurs décrochent, le moteur ne démarre pas ou d’autres équipements de la même ligne s’arrêtent. Dans cet article, nous expliquons pas à pas comment vérifier la puissance du groupe pour des charges moteurs. Pour les étapes générales du bilan de puissance, consultez notre article Quelle puissance de groupe électrogène choisir ?

Que se passe-t-il au démarrage ?

À l’arrêt, le rotor d’un moteur asynchrone est immobile et ses enroulements se comportent presque comme un court-circuit. Le moteur appelle donc au premier instant 5 à 8 fois son courant nominal. Ce courant a un faible facteur de puissance (environ 0,3–0,4) : ce que l’on demande au groupe est en grande partie de la puissance réactive. La puissance réactive est fournie par l’alternateur, tandis que le moteur diesel doit répondre à la brusque hausse de charge pour que le régime ne chute pas.

Le démarrage d’un moteur a donc deux effets :

• Chute de tension (voltage dip) : elle dépend du temps de réponse de l’alternateur et du régulateur de tension (AVR).
• Chute de fréquence : elle dépend de la capacité de prise de charge du moteur diesel et de son régulateur de vitesse.

De la plaque signalétique aux kVA de démarrage

Trois informations de la plaque signalétique suffisent pour le calcul : la puissance (kW), le rendement et le facteur de puissance. Les kVA en fonctionnement s’obtiennent approximativement ainsi :

kVA en fonctionnement = kW ÷ (rendement × facteur de puissance)

Par exemple, pour un moteur de 22 kW avec un rendement de 0,92 et un facteur de puissance de 0,85, la puissance en fonctionnement est d’environ 28 kVA. Les kVA de démarrage sont un multiple de cette valeur selon le mode de démarrage :

Mode de démarrage	Courant de démarrage (par rapport au nominal)	kVA de démarrage approximatifs pour un moteur de 22 kW
Direct (DOL)	6–7 fois	170–200 kVA
Étoile-triangle	environ 2–2,5 fois	55–70 kVA
Démarreur progressif	environ 2,5–3,5 fois (selon le réglage)	70–100 kVA
Variateur de fréquence (VFD)	environ 1–1,5 fois	28–42 kVA

Ces valeurs sont indicatives ; la valeur de démarrage exacte se tire des données rotor bloqué fournies par le constructeur du moteur. Le point marquant du tableau : pour un même moteur, le démarrage direct demande au groupe environ cinq fois plus de puissance instantanée qu’un variateur.

Chute de tension acceptable

Pour choisir un groupe, la question n’est pas « le moteur va-t-il démarrer ? », mais « de combien la tension va-t-elle chuter pendant le démarrage ? ». Les limites courantes en pratique sont :

• Charges moteurs générales : 15–20 %
• Ascenseurs, circuits de commande à contacteurs : environ 15 %
• Moteurs sur le même jeu de barres que des charges électroniques sensibles : 10 % ou moins

Si la tension chute de plus de 25–30 %, les bobines des contacteurs peuvent décrocher ; le moteur ne parvient pas à démarrer et tente sans cesse de se remettre en service. Les fiches techniques des groupes indiquent les kVA de démarrage moteur (motor starting kVA) que l’alternateur peut fournir pour une chute de tension donnée. Lors du choix, cette valeur est comparée aux kVA de démarrage du plus gros moteur.

Démarrage séquentiel : le même travail avec un groupe plus petit

S’il y a plusieurs moteurs, ils n’ont pas besoin de démarrer tous en même temps. Grâce à des relais temporisés ajoutés au système de commande ou aux sorties du contrôleur, les moteurs peuvent être mis en service à 5–10 secondes d’intervalle. La règle est simple :

1. Démarrez le plus gros moteur en premier.
2. Classez les autres moteurs du plus gros au plus petit.
3. À chaque étape, vérifiez la somme de la charge déjà présente sur le groupe et des kVA de démarrage du moteur suivant.

Exemple : une installation d’irrigation comporte trois pompes de 30 kW, 15 kW et 7,5 kW, toutes en démarrage direct. Si les trois pompes démarrent ensemble, l’appel instantané dépasse 400 kVA. En démarrage séquentiel, l’étape la plus critique est le démarrage de la pompe de 30 kW, soit environ 230–270 kVA. Si la pompe de 30 kW est équipée d’un démarrage étoile-triangle, l’étape la plus critique devient le démarrage de la pompe de 15 kW pendant que celle de 30 kW tourne, et l’appel tombe à environ 150–170 kVA. La taille du groupe diminue ainsi nettement. Ce calcul est approximatif ; sur un projet réel, il doit être confirmé avec les plaques signalétiques des moteurs et la fiche technique du groupe.

Charges sur variateur et harmoniques

Les variateurs de fréquence résolvent en grande partie le problème du démarrage, mais posent une nouvelle question : les courants harmoniques. Le courant absorbé par un variateur six pulsations n’est pas sinusoïdal. L’impédance interne d’un groupe étant plus élevée que celle du réseau, les harmoniques déforment davantage l’onde de tension. Points à surveiller :

• Si plus de la moitié de la charge totale passe par des variateurs, l’alternateur peut être choisi d’une taille supérieure.
• Une self de ligne ou un filtre d’harmoniques peut être utilisé côté variateur.
• Les alternateurs proposant une excitation par générateur à aimants permanents (PMG) maintiennent une régulation plus stable sous tension déformée.
• Dans les installations à forte proportion d’onduleurs et de variateurs, le réglage de l’AVR et la précision de mesure du contrôleur doivent être vérifiés lors de la mise en service.

Liste de contrôle pour les charges moteurs

• La puissance, le mode de démarrage et l’ordre de démarrage de chaque moteur sont-ils listés ?
• Les kVA de démarrage du plus gros moteur ont-ils été comparés aux kVA de démarrage de la fiche technique du groupe ?
• La chute de tension acceptable a-t-elle été fixée selon le type de charge ?
• Le démarrage simultané est-il vraiment nécessaire, ou un démarrage séquentiel est-il possible ?
• La part des charges sur variateur dans la charge totale et leur effet harmonique ont-ils été évalués ?
• Pour les moteurs critiques comme les pompes d’incendie, les exigences de la norme applicable ont-elles été vérifiées séparément ?

Étape suivante

Saisissez votre liste de charges dans notre calculateur de puissance pour obtenir immédiatement une première estimation. Pour les projets à forte proportion de charges moteurs, transmettez-nous les plaques signalétiques des moteurs et l’ordre de démarrage avec votre demande d’offre : nous choisirons avec vous la taille d’alternateur et le contrôleur du groupe adaptés à ces charges. Pour les modèles adaptés, consultez nos pages groupes électrogènes ouverts et groupes électrogènes insonorisés.