Les moteurs électriques alimentés en courant alternatif produisent un couple mécanique en transformant la tension sinusoïdale du réseau en un champ magnétique tournant dans le stator. Ce champ tournant entraîne le rotor et le mouvement de rotation prélevé sur l'arbre fait fonctionner d'innombrables équipements, de la pompe au convoyeur. La simplicité de leur construction, l'absence de pièce d'usure telle que les balais et la possibilité d'une alimentation directe par le réseau font des moteurs à courant alternatif la solution d'entraînement la plus répandue de l'industrie. Nous examinons ci-dessous en détail le principe de fonctionnement de ces moteurs, leurs types et les critères d'un choix correct.

Comment se forme le champ magnétique tournant

Dans un moteur triphasé, les bobinages du stator sont disposés avec un décalage de phase de 120 degrés. Comme le courant qui parvient à chaque phase monte et descend tour à tour dans le temps, la direction du champ magnétique créé par les bobinages tourne en permanence à l'intérieur du stator. Ce champ tournant tourne à une vitesse constante, liée à la fréquence et au nombre de pôles, et entraîne le rotor derrière lui en y induisant un courant. Dans les moteurs monophasés, un enroulement auxiliaire et un condensateur sont utilisés pour amorcer ce sens de rotation ; dans les moteurs triphasés, en revanche, le champ tourne de lui-même, si bien que le démarrage est naturel et puissant. C'est la raison fondamentale pour laquelle l'industrie privilégie majoritairement les moteurs triphasés 400 V / 50 Hz.

Moteurs CA synchrones et asynchrones

Si l'on observe la façon dont le rotor suit le champ tournant, deux comportements différents apparaissent. Dans le type asynchrone (à induction), le rotor ne parvient jamais à rattraper exactement la vitesse du champ magnétique ; c'est grâce à ce petit écart de vitesse qu'un courant est induit dans le rotor et que, avec sa structure à cage d'écureuil, on obtient un moteur sans balais, robuste et de longue durée de vie. Dans le type synchrone, le rotor tient exactement la vitesse imposée par la fréquence d'alimentation, indépendamment de la charge ; cela constitue un avantage dans les procédés qui exigent une vitesse constante et un facteur de puissance élevé.

  • Asynchrone à cage d'écureuil : la solution standard des entraînements polyvalents tels que pompes, ventilateurs, convoyeurs et compresseurs.
  • Moteur synchrone : applications exigeant une synchronisation précise de la vitesse dans les lignes de papeterie, de textile et de procédé.
  • Asynchrone à bagues : entraînements de concasseurs et de broyeurs demandant un couple de démarrage très élevé et un démarrage progressif.

Dans la grande majorité des applications industrielles, c'est le moteur asynchrone à cage d'écureuil qui est retenu, pour son prix, sa robustesse et sa facilité d'entretien. Nous traitons plus largement les détails techniques de ce type de moteur dans notre contenu moteurs CA asynchrones .

Vitesse, nombre de pôles et glissement

La vitesse synchrone d'un moteur CA est déterminée par le nombre de pôles. Sur un réseau 50 Hz, un moteur à 2 pôles fournit une vitesse synchrone de 3000 tr/min, un moteur à 4 pôles 1500 tr/min et un moteur à 6 pôles 1000 tr/min. Sur un moteur asynchrone, la vitesse réelle de l'arbre reste environ 2 à 4 % en dessous de ces valeurs en raison du glissement sous charge ; par exemple, un moteur à 4 pôles tourne à pleine charge aux environs de 1440-1470 tr/min. Le glissement est physiquement nécessaire pour que le moteur puisse produire du couple : sans écart de vitesse entre le rotor et le champ tournant, aucun courant ne peut être induit dans le rotor. Choisir le nombre de pôles correct en fonction de la vitesse demandée par l'équipement entraîné réduit le coût de la transmission poulie-courroie ou du réducteur et augmente le rendement.

IE4 ou IE5 : le résultat du calcul sur un moteur CA

Le rendement des moteurs CA est classé de IE1 à IE5 selon la norme IEC 60034-30-1. IE1 représente le rendement standard, IE2 le haut rendement, IE3 le rendement premium et IE4 le rendement super premium. Le coût de l'électricité qu'un moteur consomme pendant sa durée de vie dépasse plusieurs fois son prix d'achat ; le choix d'une classe de rendement élevée réduit donc directement les frais d'exploitation. Par exemple, sur un moteur de 30 kW fonctionnant 6000 heures par an, préférer IE3 à IE2 permet, même avec un écart de rendement de quelques points, d'économiser des milliers de kilowattheures par an. moteurs électriques IE3 : notre contenu explique ce calcul à l'aide d'exemples chiffrés.

Régime continu S1 ou régime périodique S3

Les moteurs CA de type industriel sont généralement conçus avec un indice de protection IP55, une isolation de classe F et un régime de fonctionnement continu S1. L'IP55 empêche la pénétration de poussière en quantité nuisible ainsi que les projections d'eau venant de toutes les directions ; il convient aux environnements poussiéreux ou lavés. L'isolation de bobinage de classe F résiste jusqu'à 155 °C, ce qui laisse au moteur une marge thermique dans les milieux chauds. Le régime S1 indique que le moteur peut fonctionner en continu, à pleine charge et sans interruption ; dans les applications à arrêts et démarrages fréquents, on étudie en revanche des régimes périodiques tels que S3.

Trois modes de montage : B3, B5 et B14

Le carter du moteur peut être en fonte ou en aluminium. Le carter en fonte résiste mieux aux chocs mécaniques et aux vibrations ; il est privilégié dans l'industrie lourde et dans les applications de concassage et de pompage. Le carter en aluminium se distingue quant à lui, par sa légèreté et sa bonne dissipation thermique, sur les ventilateurs, les climatiseurs et les équipements portables. Le mode de montage est lui aussi déterminé par l'application :

  • B3 : le moteur est boulonné à la fondation ou au rail support par les pattes situées sous le carter ; c'est le mode de montage horizontal le plus répandu.
  • B5 : liaison à grande bride, utilisable également en position verticale ; elle supprime le besoin de poulie-courroie et assemble le moteur à la pompe ou au réducteur comme une seule pièce.
  • B14 : petite bride de face à trous taraudés, elle se distingue dans les conceptions de machines compactes destinées aux espaces réduits.

Contrôle de vitesse et variateur de fréquence

La vitesse d'un moteur CA asynchrone peut être contrôlée en modifiant la fréquence d'alimentation. Avec un variateur de fréquence, le moteur est piloté en dessous ou au-dessus de 50 Hz et le débit est ajusté au strict besoin dans les applications de pompage et de ventilation. Réduire la vitesse plutôt que d'étrangler une vanne apporte, du fait de la dynamique des fluides, une économie d'énergie sensible ; à mi-débit, la puissance dépensée diminue théoriquement proportionnellement au cube du débit. Sur les moteurs destinés à fonctionner avec un variateur, il est recommandé de choisir une isolation de bobinage résistant aux surtensions et d'utiliser, si nécessaire, un ventilateur de refroidissement séparé.

Six à huit fois le courant nominal au démarrage

Lorsqu'un moteur CA asynchrone est raccordé directement au réseau, il absorbe au moment du démarrage un courant de six à huit fois son courant nominal. Dans les faibles puissances, cela ne pose pas de problème ; mais dans les puissances moyennes et élevées, cet appel brusque provoque à la fois une chute de tension sur le réseau et un choc brutal dans le système mécanique. C'est pourquoi la méthode de démarrage appropriée est choisie en fonction de la puissance du moteur et de l'application. Le démarrage direct (DOL) est la solution la plus simple et la plus économique et s'utilise généralement sans difficulté sur les moteurs jusqu'à 7,5 kW. Le démarrage étoile-triangle couple les bobinages en étoile au démarrage, ce qui réduit le courant à environ un tiers, puis passe en triangle une fois le moteur lancé ; il est idéal pour les charges demandant un faible couple initial, telles que les pompes et les ventilateurs.

  • Direct (DOL) : faibles puissances, commande simple, couple de démarrage intégral.
  • Étoile-triangle : puissances moyennes, courant de démarrage réduit, démarrage en douceur.
  • Soft starter : démarreur progressif qui élève lentement la tension et réduit le choc de démarrage sur les organes tels que les courroies et les accouplements.
  • Variateur de fréquence : outre l'adoucissement du démarrage, c'est la solution la plus souple, capable de piloter le moteur à toute vitesse souhaitée.

Dans les applications qui démarrent en charge, telles que les convoyeurs, les ponts roulants et les concasseurs, le choix d'un démarreur progressif ou d'un variateur protège aussi bien le moteur que les organes de transmission.

Pannes fréquentes et entretien régulier

Les moteurs CA ont une longue durée de vie grâce à leur construction simple, mais lorsque l'entretien n'est pas correctement effectué, la panne la plus fréquente provient des roulements. Un graissage insuffisant ou excessif, un mauvais alignement et les vibrations raccourcissent la durée de vie des roulements et se manifestent par du bruit et un échauffement. Le deuxième problème le plus fréquent est la dégradation de l'isolation du bobinage ; la surcharge, l'absence de phase ou une température ambiante élevée affaiblissent l'isolation avec le temps. Un programme d'entretien régulier prévient d'emblée la plupart de ces pannes :

  • Graisser les roulements en respectant la périodicité et la quantité de graisse indiquées sur la plaque signalétique ou dans le catalogue, sans oublier qu'un excès de graisse est au moins aussi nuisible qu'un manque de graisse.
  • Contrôler périodiquement les raccordements au bornier et les couples de serrage.
  • Surveiller les vibrations et la température du bobinage pour saisir les avertissements précoces.
  • Maintenir le ventilateur de refroidissement et les ailettes du carter exempts de poussière.

Utiliser un relais de protection moteur adapté contre le déséquilibre de phases et la surcharge est la mesure la plus efficace pour empêcher le bobinage de brûler. Effectuer des mesures régulières et en tenir un registre transforme les arrêts imprévus en entretien planifié.

Approvisionnement en moteurs CA avec DRG Motor

Fournisseur basé à İzmir, DRG Motor propose des moteurs CA triphasés de 0,55 kW à 355 kW, adaptés au réseau 400 V / 50 Hz. Avec les options de fixation à pattes B3, à bride B5 et à face B14, les alternatives de vitesse à 2-4-6 pôles et les classes de rendement allant de IE2 à IE4, nous pouvons déterminer ensemble le moteur le mieux adapté à votre application. Grâce à des conceptions de bobinage compatibles avec le contrôle de vitesse par variateur et à un approvisionnement rapide, vous pouvez obtenir le moteur adéquat sur stock en peu de temps. Vous pouvez consulter tous les groupes de produits et les contenus techniques sur drgmotor.com .