Moteur de broyeur à marteaux : vitesse, inertie du rotor et démarrage

Le moteur d’un broyeur à marteaux est un moteur triphasé 2 pôles (classe 3000 tr/min) qui entraîne le lourd rotor à marteaux en accouplement direct ou par courroie ; ce qui décide du choix n’est pas seulement la puissance en kW, mais le temps de démarrage que l’inertie du rotor (J) impose au moteur. Exemple : le DRG-200L1-2 de 30 kW fournit 96,8 Nm à 2960 tr/min nominaux ; il amène un rotor de J = 3,4 kg·m² (hypothèse) à sa vitesse en 5,9 secondes environ en démarrage direct et en 19 secondes environ en étape étoile. Le temps de démarrage conditionne le relais thermique, la temporisation et l’échauffement du moteur.

La puissance de la machine (combien de kW, combien de tonnes par heure) et la vitesse en bout de marteau sont traitées dans notre article Moteur de broyeur et mélangeuse d’aliments : quelle puissance, quelle vitesse ? ; cet article ne les répète pas. Ici, il s’agit de la physique du démarrage : estimation de l’inertie, temps de montée en vitesse, chaleur dégagée dans le rotor à chaque démarrage, instant de commutation étoile-triangle et compatibilité d’arbre en accouplement direct. Les modèles adaptés figurent parmi les 120 modèles de notre boutique en ligne. Les réglages de l’armoire, du démarreur et du relais thermique doivent être faits par un électricien qualifié.

Inertie du rotor J : ce que le broyeur exige vraiment du moteur

Le rotor d’un broyeur à marteaux se compose d’un paquet de disques, d’axes et de marteaux ; il demande peu de couple pour tourner, mais beaucoup d’énergie pour atteindre sa vitesse. Cette résistance est le moment d’inertie (J, kg·m²). Utilisez la valeur du constructeur si elle existe ; sinon, une estimation grossière se fait ainsi (valeurs d’exemple) :

• Marteaux : 24 kg au total, rayon de rotation 0,24 m → m·r² = 24 × 0,24² ≈ 1,38 kg·m²
• Paquet de disques : 85 kg, rayon 0,22 m, assimilé à un disque plein → ½·M·R² = 0,5 × 85 × 0,22² ≈ 2,06 kg·m²
• Total : ≈ 3,4 kg·m² (rotor du moteur et accouplement négligés ici ; en les ajoutant, le temps s’allonge légèrement)

Avec une transmission par courroie, l’inertie du rotor est ramenée à l’arbre moteur par le carré du rapport : J_moteur = J_rotor / i². Si le rotor tourne moins vite que le moteur, l’inertie vue par le moteur diminue. Pour une présentation générale de l’inertie, voir Inertie (J) et temps d’accélération dans le choix du moteur.

Temps de démarrage : exemple de calcul t = J·ω / C_moy

Le temps de montée en vitesse se calcule à partir du couple net qui accélère l’inertie. Moteur DRG-200L1-2, accouplement direct, rotor démarrant à vide (alimentation fermée) :

• Vitesse angulaire : ω = 2π × 2960 / 60 ≈ 310,0 rad/s
• Couple de démarrage : Cd/Cn = 2,0 → 2,0 × 96,8 ≈ 193,6 Nm ; couple maximal Cmax/Cn = 2,3 → ≈ 222,6 Nm
• Hypothèse prudente pour le couple moteur moyen : le couple de démarrage, 193,6 Nm (la courbe réelle monte vers Cmax entre-temps, le temps est donc un peu plus court)
• Résistance aérodynamique/frottements du rotor à vide (hypothèse) : 0,15 × Cn ≈ 14,5 Nm
• Couple accélérateur net : 193,6 − 14,5 ≈ 179,1 Nm
• Temps : t = 3,4 × 310,0 / 179,1 ≈ 5,9 s

Vérification : 9550 × 30 / 2960 ≈ 96,8 Nm, identique au couple nominal du catalogue. Le temps de démarrage est proportionnel à l’inertie : un rotor deux fois plus lourd met environ deux fois plus de temps. Si le broyeur démarre chargé, le couple résistant augmente, le couple net baisse et le temps s’allonge ; un broyeur à marteaux doit toujours démarrer à vide, l’alimentation ne s’ouvrant qu’une fois le moteur lancé.

Échauffement en démarrage direct : J·ω²/2 à chaque démarrage

Lorsqu’une charge purement inertielle est accélérée depuis l’arrêt, l’énergie dégagée sous forme de chaleur dans le rotor est à peu près égale à l’énergie cinétique transmise à la charge. Dans l’exemple :

• E = ½ · J · ω² = 0,5 × 3,4 × 310,0² ≈ 163 kJ
• Courant de démarrage : Id/In = 7,6 → 7,6 × 52,1 A ≈ 396 A, pendant environ 5,9 s

Ces 163 kJ se concentrent sur les barres du rotor en quelques secondes ; avec des démarrages rapprochés, le moteur n’a pas le temps de refroidir. Conséquences pratiques :

• Le relais thermique doit être d’une classe capable de supporter le temps de démarrage ; s’il déclenche au démarrage, relever le réglage au-dessus du courant de plaque n’est pas la solution : mesurez le temps de démarrage.
• Quand la grille se colmate et que le broyeur cale, ne redémarrez pas à répétition ; videz d’abord la chambre et vérifiez à la main que le rotor tourne librement.
• Demandez-nous, ou au constructeur de la machine, le nombre de démarrages admissible par heure en indiquant l’inertie.

Entraîner le même rotor avec le DRG-200L-4 4 pôles (1475 tr/min) divise l’énergie de démarrage par quatre (≈ 41 kJ) ; mais la vitesse en bout de marteau est divisée par deux et la mouture change. Le nombre de pôles fait donc partie de la conception de la machine et ne se modifie pas pour faciliter le démarrage.

La commutation étoile-triangle : pourquoi une temporisation de 8 secondes ne suffit pas

Le DRG-200L1-2 est bobiné en 400/690 V, fonctionne en triangle sur un réseau 400 V et accepte le démarrage étoile-triangle. En étoile, courant et couple tombent au tiers :

En étoile, le couple net vaut 64,5 − 14,5 ≈ 50,0 Nm ; atteindre 90 % de la vitesse nominale demande t ≈ 3,4 × 0,9 × 310,0 / 50,0 ≈ 19 s. Si la temporisation est réglée par habitude sur 8 secondes, la vitesse angulaire à la commutation vaut 50,0 × 8 / 3,4 ≈ 117,7 rad/s, soit environ 38 % seulement de la vitesse nominale. Passer en triangle à cette vitesse revient à absorber une seconde fois presque tout le courant de démarrage : l’étoile-triangle est installé mais n’apporte rien.

• Réglez la temporisation pour commuter lorsque le moteur a fini d’accélérer en étoile (courant retombé et stabilisé) ; mesurez ce temps à la pince ampèremétrique au premier démarrage.
• Si le rotor n’accélère pas assez en étoile, le couple résistant est élevé : contrôlez la trappe d’alimentation, une grille colmatée ou un marteau coincé.
• Pour comparer les méthodes, voir méthodes de démarrage moteur et étoile-triangle ; pour le réglage du relais, l’outil sélection relais thermique, fusible et contacteur.

Accouplement direct 2 pôles : arbre, accouplement et roulements

Dans un broyeur à accouplement direct, l’arbre du moteur est relié à celui du rotor par un accouplement et les deux tournent à la même vitesse. Sur les moteurs 2 pôles, pour certaines carcasses, l’arbre est plus fin que sur la version 4 pôles de la même carcasse. Données du catalogue DRG :

Conclusion : au remplacement, vérifiez la cote d’arbre avec le nombre de pôles, même si le nom de carcasse est identique ; en carcasse 225M, l’arbre 2 pôles mesure 55 × 110 mm et l’arbre 4 pôles 60 × 140 mm, et les moyeux d’accouplement ne sont pas interchangeables.

• Alignement de l’accouplement : mesurez le désalignement radial et angulaire au comparateur ; à haute vitesse, même un faible défaut fatigue vite le roulement.
• Équilibrage : lors du changement de marteaux, montez-les par groupes de poids opposés ; un rotor déséquilibré transmet ses vibrations au roulement du moteur.
• Marche réversible : certains broyeurs inversent le sens de rotation pour utiliser l’autre face des marteaux. On inverse le sens en permutant deux phases ; jamais avant l’arrêt complet du moteur.
• Arrêt : le rotor lourd tourne longtemps sur sa lancée ; n’ouvrez pas le capot avant son arrêt complet.

Modèles DRG adaptés aux broyeurs à marteaux

Les modèles ci-dessous sont des 2 pôles à carcasse en fonte ; les courants sont donnés pour 400 V. Choisissez le modèle égal ou immédiatement supérieur à la puissance de la plaque de votre machine ; la puissance des broyeurs à marteaux varie fortement selon la capacité de l’installation, la valeur exacte étant celle de la plaque.

Caractéristiques techniques du modèle 30 kW utilisé dans l’exemple :

• Puissance: 30 kW (40 HP)
• Vitesse nominale: 2960 tr/min
• Carcasse: IEC 200L, fonte
• Courant 400 V / 380 V: 52,1 A / 54,9 A
• cos φ: 0,89
• Couple nominal: 96,8 Nm
• Cd/Cn · Cmax/Cn: 2 · 2,3
• Id/In: 7,6
• Arbre D×E: 55 × 110 mm
• Tension: 400/690 V (Δ/Y)
• Roulement: 6312-C3

Moteurs de cette puissance

• DRG-160M2-2 – 15 kW – 2945 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-2 – 18,5 kW – 2940 tr/min – 160L fonte
• DRG-180M-2 – 22 kW – 2955 tr/min – 180M fonte
• DRG-200L1-2 – 30 kW – 2960 tr/min – 200L fonte
• DRG-200L2-2 – 37 kW – 2960 tr/min – 200L fonte
• DRG-225M-2 – 45 kW – 2965 tr/min – 225M fonte

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Questions fréquentes

Quelle vitesse pour un moteur de broyeur à marteaux ?

Les broyeurs à marteaux à accouplement direct utilisent un moteur 2 pôles, classe 3000 tr/min ; dans le catalogue DRG, la vitesse nominale est de 2940–2965 tr/min entre 15 et 45 kW. Le nombre de pôles relève de la conception de la machine et doit être conservé au remplacement.

Combien d’ampères consomme un moteur de 30 kW au démarrage ?

Pour le DRG-200L1-2, Id/In = 7,6 et le courant nominal sous 400 V est de 52,1 A ; le courant de démarrage est d’environ 396 A en direct et d’environ 132 A en étape étoile.

Pourquoi un broyeur à marteaux fait-il déclencher le thermique en étoile-triangle ?

Le plus souvent, la temporisation est trop courte : la commutation en triangle intervient avant que le rotor ait atteint sa vitesse en étoile, et le courant de démarrage est absorbé une seconde fois. Ou le broyeur démarre chargé. Commutez après la baisse du courant et ouvrez l’alimentation après le démarrage.

Comment trouver le temps de démarrage si l’inertie du rotor est inconnue ?

Le plus fiable est de mesurer : au premier démarrage, chronométrez le temps que met le courant à revenir à sa valeur nominale sur la pince ampèremétrique. Pour une estimation, additionnez masse des marteaux × rayon² et ½·M·R² pour le paquet de disques, puis appliquez t = J·ω/C.

Envoyez-nous la puissance, la vitesse, la cote d’arbre et la forme de montage relevées sur la plaque de votre machine, nous choisirons avec vous le bon modèle DRG : téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact. Pour tous les modèles et la commande : Acheter un moteur électrique en ligne.