La plus grande partie de l'électricité consommée dans l'industrie est absorbée par les moteurs électriques ; c'est pourquoi même une légère hausse du rendement d'un moteur crée une économie notable à l'échelle de l'ensemble de l'installation. Les moteurs asynchrones ultra performants sont des modèles conçus pour atteindre les classes de rendement les plus élevées tout en conservant la robustesse et la facilité d'entretien du moteur à induction classique. Nous proposons ces moteurs à haut rendement dans une large plage de puissance via notre réseau d'approvisionnement basé à İzmir.

Principe de fonctionnement du moteur asynchrone

Dans le moteur asynchrone (à induction), le bobinage du stator crée un champ magnétique tournant. Ce champ induit une tension et donc un courant dans le rotor à cage d'écureuil ; l'interaction entre le courant rotorique et le champ produit le couple. Pour que le rotor puisse poursuivre sa rotation, il doit rester en retard sur le champ magnétique, c'est-à-dire présenter un léger glissement (slip). Le glissement typique se situe entre 1 et 3 pour cent. L'absence de pièces d'usure telles que balais, collecteur ou bagues rend ces moteurs extrêmement durables et peu exigeants en entretien.

Classes de rendement : de IE1 à IE5

La norme IEC 60034-30-1 définit le rendement des moteurs en cinq classes : IE1 (Standard), IE2 (Élevé), IE3 (Premium), IE4 (Super Premium) et IE5 (Ultra Premium). L'expression ultra performant couvre généralement les classes IE4 et IE5. À mesure que la classe s'élève, la section de cuivre du bobinage augmente, des tôles siliciées de meilleure qualité sont utilisées et les pertes rotoriques sont réduites :

  • IE3 : classe plancher obligatoire dans l'UE entre 0,75 et 1000 kW
  • IE4 : environ 15 pour cent de pertes en moins par rapport à IE3
  • IE5 : réduit les pertes d'environ 20 pour cent supplémentaires par rapport à IE4

Dans les applications exigeant une classe de rendement élevée, on privilégie les moteurs de classe de rendement IE3 et supérieure.

Comment le haut rendement est obtenu

Le rendement indique quelle part de la puissance électrique entrant dans le moteur est transmise à l'arbre sous forme de puissance mécanique. Pour réduire les pertes, plusieurs techniques sont appliquées conjointement dans les conceptions ultra performantes. La perte cuivre du stator est abaissée en utilisant un conducteur plus épais. La perte fer est réduite grâce à des tôles d'acier silicié minces et à faibles pertes. La perte rotorique est minimisée avec un matériau de cage plus conducteur. Les pertes par frottement et par ventilation sont maîtrisées avec un ventilateur optimisé et des roulements à faible frottement. Lorsque ces améliorations se combinent, la courbe de rendement est relevée sur toute la plage de charge.

Calcul : écart de rendement et facture

Il est possible de voir l'effet pratique de l'écart de rendement sur un exemple. Prenons un moteur de 30 kW ; supposons un rendement de 91,4 pour cent en classe IE2 et de 93,9 pour cent en classe IE4. Si ce moteur fonctionne 6000 heures par an, le modèle IE2 absorbe environ 196 900 kWh et le modèle IE4 environ 191 700 kWh. L'écart entre les deux dépasse 5 000 kWh par an. Sur les moteurs de forte puissance fonctionnant en continu, le surcoût d'achat d'une classe de rendement élevée est compensé en peu de temps par l'économie d'énergie. Il ne faut pas oublier que la plus grande partie du coût d'un moteur est constituée de l'électricité qu'il absorbe au cours de sa vie.

Plage de puissance et caractéristiques électriques

Les moteurs asynchrones ultra performants sont proposés dans une large plage allant de 0,55 kW à 355 kW. L'alimentation standard est triphasée 400V / 50 Hz. La vitesse peut être choisie selon la structure des pôles : 2 pôles 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min, 6 pôles 1000 tr/min. Pour un fonctionnement continu, le régime de service S1 est retenu. L'isolation du bobinage est de classe F et l'indice de protection est IP55 en standard. La combinaison de ces caractéristiques permet d'utiliser le moteur en toute sécurité aussi bien en milieu industriel sévère qu'en fonctionnement ininterrompu de longue durée.

Utilisation avec un variateur de fréquence

Dans les applications à charge variable comme les pompes et les ventilateurs, l'économie augmente encore lorsque le moteur asynchrone est piloté par un variateur de fréquence (VFD). Lorsque la vitesse est réglée progressivement, même à mi-débit le moteur ne tourne pas à pleine vitesse mais seulement autant que nécessaire, et absorbe donc bien moins d'énergie. Sur les moteurs destinés à être utilisés avec un variateur, la tenue de l'isolation du bobinage aux impulsions de tension est déterminante ; les modèles ultra performants sont conçus avec une structure d'isolation adaptée à cet usage. Le rendement élevé du moteur se conjugue ainsi à la souplesse du variateur.

Pompes, ventilateurs et circuits de refroidissement en fonctionnement continu

Ces moteurs sont précieux dans tout système industriel fonctionnant en continu et sur de longues durées :

  • Pompes : eau, eaux usées, fluides de process
  • Ventilateurs et systèmes de ventilation
  • Convoyeurs et lignes de transport
  • Compresseurs et groupes frigorifiques
  • Concasseurs, broyeurs et agitateurs

Le nombre d'heures de fonctionnement annuel est déterminant dans le choix : plus le moteur tourne longtemps, plus l'économie apportée par une classe de rendement élevée devient significative. Du côté des pompes et des ventilateurs, les moteurs asynchrones AC sont la solution la plus répandue.

Gain à long terme avec un moteur performant

Même si le moteur asynchrone ultra performant entraîne un surcoût à l'investissement initial, il réduit le coût total de possession grâce à la diminution de l'électricité absorbée sur sa durée de vie et à ses faibles besoins d'entretien. Moins de pertes signifie moins d'échauffement ; cela allonge la durée de vie du bobinage et réduit le risque de panne. En tant qu'équipe DRG Motor, nous offrons un support technique pour déterminer la classe de rendement et le palier de puissance les plus adaptés au profil de fonctionnement de votre installation.

Adaptation aux conditions environnementales

Les valeurs nominales du moteur asynchrone sont données sur la base d'une température ambiante de 40°C et d'une altitude de 1000 mètres. Dans des environnements plus chauds ou en altitude, le refroidissement par air s'affaiblissant, le moteur est choisi avec une puissance délivrable quelque peu réduite (derating). Dans les environnements poussiéreux, humides ou contenant des vapeurs chimiques, l'indice de protection IP et la peinture de surface spéciale prennent de l'importance. Les moteurs à haut rendement s'échauffant déjà moins du fait de pertes plus faibles, ils offrent un avantage thermique supplémentaire dans des conditions ambiantes difficiles ; cela contribue à une plus longue durée de vie de l'isolation du bobinage.

Entretien et surveillance de l'état

La charge d'entretien du moteur asynchrone est faible, mais la surveillance de l'état gagne en valeur sur les moteurs à haut rendement fonctionnant en continu. Les mesures de température des roulements et de vibrations permettent de détecter précocement l'usure mécanique. La mesure périodique de la résistance d'isolement du bobinage révèle à l'avance les problèmes liés à l'humidité. Maintenir propres le ventilateur de refroidissement et les ailettes du carter permet au moteur de rester à sa température nominale. Avec un entretien planifié, un moteur à haut rendement conserve ses valeurs de rendement tout au long de sa vie et rend prévisible la consommation d'énergie de l'installation.

Durée de retour sur investissement

Le coût réel d'un moteur ne se limite pas à son prix d'achat. Sur un moteur fonctionnant en continu, la consommation électrique constitue la grande majorité du coût total sur sa durée de vie ; le prix d'achat n'en représente qu'une petite part. C'est pourquoi le supplément initial d'un moteur de classe de rendement élevée est compensé, à mesure que les heures de fonctionnement augmentent, par la baisse de la facture énergétique. Pour décider, on évalue conjointement le nombre d'heures de fonctionnement annuel du moteur, le profil de charge et le prix unitaire de l'électricité. Alors que IE3 peut suffire pour une application peu utilisée, la classe IE4 ou IE5 apporte un avantage marqué sur une ligne fonctionnant sans interruption en trois équipes. Nous pouvons déterminer ensemble la classe de rendement la plus adaptée au profil de fonctionnement de votre installation.