Les installations de concassage comptent parmi les applications qui sollicitent le plus un moteur électrique sur le terrain. Le concasseur travaille sous une charge brutale et variable, l'ambiance est chargée de poussière, les vibrations sont élevées et la ligne tourne sans interruption la majeure partie de la journée. Dans ces conditions, la valeur de puissance de la ligne la plus haute du catalogue ne signifie rien à elle seule ; la manière dont le moteur démarre, dont il évacue la chaleur et dont il encaisse les sauts brusques de charge est bien plus déterminante. Nous abordons ci-dessous sous tous ses aspects le cadre technique du choix d'un moteur AC dans les installations de concassage-criblage.

La nature de la charge dans un concasseur

Un concasseur à mâchoires ou à percussion appelle une charge qui varie de seconde en seconde selon la taille et la dureté du matériau qui y entre. Alors que le moteur travaille très en dessous du courant nominal à vide, la demande de couple peut monter instantanément à deux ou trois fois le nominal dès qu'un bloc volumineux tombe dans la trémie. C'est pourquoi, dans le concassage, le moteur est dimensionné non seulement d'après la puissance moyenne mais aussi d'après les charges de pointe. La masse du volant absorbe une partie de ces sauts, mais le couple de décrochage (pull-out torque) du moteur est néanmoins choisi assez élevé pour laisser une marge suffisante.

Démarrage et problème d'inertie

Le rotor et le volant du concasseur ont une inertie élevée. En accélérant cette masse depuis l'arrêt, le moteur connaît un long temps de démarrage et, pendant toute cette durée, un courant de démarrage élevé traverse les bobinages. En démarrage direct (DOL), ce courant atteint 6 à 7 fois le nominal ; dans les installations à mises en service fréquentes, cela sollicite le réseau et chauffe le bobinage. C'est pourquoi, sur les concasseurs à démarrage lourd, on privilégie un démarreur progressif (soft starter) ou un variateur de fréquence. Le variateur de fréquence régule en même temps le flux de matériau en accélérant la bande d'alimentation en rampe.

Calcul de rendement pour un moteur AC tournant 6 000 heures par an

Les lignes de concassage tournent le plus souvent en régime de service continu S1, c'est-à-dire de longues heures par jour sans interruption. Dans un tel usage, la classe de rendement du moteur se répercute directement sur la facture d'électricité. Classe de rendement Premium selon la norme IEC 60034-30-1, les moteurs électriques IE3 réduisent nettement les pertes par rapport à leurs anciens équivalents IE1. Dans une installation où un moteur de concasseur de 90 kW tourne 6 000 heures par an, un écart de rendement de quelques points seulement représente une économie annuelle de milliers de kilowattheures.

  • IE1 - Rendement standard, non recommandé dans les nouvelles installations
  • IE3 - Rendement premium, référence pour les concasseurs en fonctionnement continu
  • IE4/IE5 - Super et ultra premium, sur les lignes de forte puissance avec variateur de fréquence

Carter, refroidissement et protection contre la poussière

La poussière de pierre est l'ennemi le plus insidieux du moteur. En comblant l'espace entre les ailettes de refroidissement, elle entrave l'évacuation de la chaleur, et si elle s'infiltre par les joints de roulement, elle raccourcit la durée de vie du palier. C'est pourquoi, dans les installations de concassage, on privilégie au minimum l'indice de protection IP55 et, dans les zones poussiéreuses, les niveaux IP56/IP65. Le carter en fonte amortit mieux les vibrations que l'aluminium et présente une résistance élevée aux chocs et aux vibrations ; c'est pourquoi les moteurs à carter en fonte sont considérés comme un standard sur les concasseurs lourds. Comme classe d'isolation, un bobinage de classe F laisse une marge de température sûre même à température ambiante élevée.

La différence entre 2, 4 et 6 pôles

La vitesse d'arbre exigée par le concasseur est déterminée par le nombre de pôles du moteur. Sur un réseau à 50 Hz, un moteur à 2 pôles tourne à environ 3000 tr/min, un moteur à 4 pôles à 1500 tr/min et un moteur à 6 pôles à 1000 tr/min en vitesse de synchronisme. Comme les concasseurs sont généralement entraînés par poulie-courroie, les moteurs à 4 ou 6 pôles, soit 1500 ou 1000 tr/min, sont répandus ; ces vitesses procurent un couple élevé et un entraînement plus calme. Sur un moteur asynchrone, grâce au glissement (slip) qui apparaît quand la charge augmente, la vitesse réelle reste un peu en dessous de la vitesse de synchronisme et le moteur ajuste automatiquement son couple.

Variateur de fréquence et calcul énergétique

Sur de nombreuses lignes modernes de concassage-criblage, les moteurs sont désormais entraînés par variateur de fréquence. Le premier bénéfice du variateur est d'adoucir le démarrage : lorsque le volant à forte inertie accélère en rampe, le courant de démarrage est maintenu à un niveau proche du nominal, ce qui évite l'effondrement de tension sur le réseau et l'échauffement du bobinage. Le second bénéfice est l'économie d'énergie à charge partielle. Quand le débit d'alimentation baisse, le variateur réduit la fréquence au lieu de faire tourner le moteur à pleine vitesse ; en effet, sur les équipements auxiliaires de type centrifuge, la puissance consommée est proportionnelle au cube de la vitesse. Un exemple pratique : supposons qu'une ligne de 110 kW fonctionne 5 500 heures par an et que le variateur de fréquence procure un gain d'énergie moyen de 8 %. Cela représente à peu près 110 × 5 500 × 0,08 ≈ 48 400 kWh d'économie annuelle, un ordre de grandeur qui couvre l'investissement du variateur en quelques saisons. Le variateur réunit en outre dans une seule armoire des fonctions comme la protection contre la surcharge, la perte de phase et la surtempérature.

Cohérence avec les moteurs de criblage et de convoyage

Une installation de concassage ne se limite pas à un seul moteur ; derrière le concasseur s'alignent le crible vibrant, les bandes de transport, l'alimentateur et les ventilateurs de dépoussiérage. Le choix de la puissance et de la vitesse de ces moteurs est lié, car chaque maillon de la chaîne transporte le même flux de matériau. Les cribles vibrants fonctionnent avec des moteurs vibrants spéciaux à rotor déséquilibré ou avec des moteurs standard à entraînement excentrique ; sur les convoyeurs à bande, les motoréducteurs à 4 ou 6 pôles sont répandus. L'ordre de démarrage des bandes est important : la bande la plus en aval démarre en premier et l'alimentateur le plus en amont en dernier, afin qu'il n'y ait pas d'accumulation de matériau sur la ligne. Le choix de tous ces moteurs dans la même classe de rendement et avec un niveau de protection cohérent simplifie la performance énergétique globale de l'installation et la gestion des pièces de rechange.

  • Alimentateur - motoréducteur à faible vitesse et couple élevé
  • Concasseur - moteur d'entraînement principal à démarrage lourd
  • Crible vibrant - vibration à rotor déséquilibré ou entraînement excentrique
  • Convoyeur à bande - motoréducteur à quatre/six pôles
  • Ventilateur de dépoussiérage - moteur à deux/quatre pôles en fonctionnement continu

Type de fixation et montage mécanique

Dans les installations de concassage, le moteur est le plus souvent boulonné au châssis par un montage à pattes (B3) et transmet la puissance à l'arbre du concasseur par poulie-courroie. L'alignement des poulies et la tension de la courroie orientent le résultat en matière de durée de vie des roulements ; un mauvais alignement contraint l'arbre radialement et provoque une avarie de palier. Alors que le montage à bride B5 ou B14 est utilisé dans les applications accouplées directement comme les pompes, la transmission par courroie est répandue sur les concasseurs pour sa souplesse et son absorption des chocs. La structure du rotor à cage d'écureuil réduit la charge d'entretien dans cet environnement difficile, car elle ne comporte pas de pièce d'usure telle que balai ou collecteur.

Température ambiante et conditions de site

Les sites de concassage sont le plus souvent installés en plein air, sous l'effet direct de la température saisonnière et du rayonnement solaire. Les moteurs standard sont étiquetés pour une température ambiante de 40 °C et une altitude de 1 000 mètres ; s'il s'agit de températures de site atteignant 45 à 50 °C en été ou de chantiers en altitude, le moteur doit être choisi avec une puissance légèrement réduite (derating). L'utilisation de l'isolation de classe F avec un échauffement de classe B procure dans ce cas une marge de sécurité supplémentaire. Face à l'éventualité de pluie, de boue et d'eau de lavage, l'intégrité des joints de la boîte à bornes et l'étanchéité des presse-étoupes sont contrôlées régulièrement. En hiver, sur les moteurs arrêtés longtemps, un réchauffeur de bobinage (anti-condensation heater) est utile pour éviter la condensation.

Sur une ligne de concassage, un arrêt imprévu est une perte de production

Sur les lignes de concassage, un arrêt imprévu est directement une perte de production. C'est pourquoi l'entretien du moteur est planifié au calendrier. On mesure régulièrement la température des roulements et les vibrations, on dépoussière le capot du ventilateur de refroidissement et les ailettes, on contrôle le serrage des raccordements dans la boîte à bornes. La mesure périodique de la résistance d'isolement du bobinage (mégohmmètre) détecte tôt l'affaiblissement de l'isolation dû à l'humidité et à la poussière. Disposer d'un stock de roulements et de joints de rechange ramène la durée d'arrêt de plusieurs heures à quelques minutes en cas de panne.

Déterminons ensemble le bon moteur

Pour choisir un moteur destiné à une installation de concassage, le type de concasseur, la dureté du matériau alimenté, les heures de fonctionnement quotidiennes, la fréquence de mise en service et la capacité du réseau existant sont évalués ensemble. Chez DRG, avec notre réseau d'approvisionnement basé à İzmir, nous proposons au secteur du concassage-criblage des moteurs asynchrones triphasés de 0,55 kW à 355 kW, à rendement IE3, à carter en fonte et adaptés au démarrage lourd. Lorsque vous nous communiquez le profil de charge de votre application, nous pouvons déterminer ensemble le modèle le plus adapté avec le bon nombre de pôles et le bon indice de protection et, si nécessaire, planifier aussi une solution de démarreur progressif ou de variateur de fréquence. Vous pouvez consulter toute notre gamme de produits via drgmotor.com.