Les installations de concassage et de granulats réunissent en même temps presque toutes les conditions susceptibles de mettre à rude épreuve un moteur électrique : couple de démarrage élevé, durées de fonctionnement continues et longues, poussière dense, vibrations et, par moments, chocs de charge soudains. Le concasseur à mâchoires, le concasseur à percussion, le concasseur giratoire, le crible vibrant et les longues lignes de convoyeurs constituent la colonne vertébrale de ces installations et chacun exige une caractéristique d'entraînement différente. Le choix d'un moteur de forte puissance en kW est donc une question non seulement de puissance, mais aussi de robustesse et de courbe de couple correcte.

Le caractère de la charge dans une installation de concassage

Alors qu'un concasseur absorbe une faible puissance lorsqu'il tourne à vide, la charge grimpe brusquement à sa valeur de pointe dès que la roche y pénètre. Ce profil de charge par chocs exige que le moteur soit capable de produire un couple de démarrage élevé et de supporter sans dommage de brèves surcharges. Même si la masse du volant d'inertie stocke une partie de l'énergie, le moteur doit pouvoir conserver son couple aux instants de charge de pointe. C'est pourquoi, dans les applications de concassage, le moteur est généralement choisi au-dessus de la charge continue calculée, en laissant une certaine marge.

Plage de puissance et choix du nombre de pôles

Dans ces installations, les entraînements du concasseur principal fonctionnent le plus souvent à des puissances élevées, dans une plage allant de 75 kW jusqu'à 355 kW. Le choix de la vitesse varie selon l'équipement :

  • 4 pôles – 1500 tr/min : solution équilibrée pour les convoyeurs et les entraînements généraux
  • 6 pôles – 1000 tr/min : privilégié sur les concasseurs lourds exigeant un couple élevé
  • 2 pôles – 3000 tr/min : équipements auxiliaires à grande vitesse et certaines applications de ventilateur

Le moteur asynchrone à cage d'écureuil est la solution standard de ces environnements difficiles grâce à sa structure de rotor robuste et à sa conception sans balais. Le glissement (slip) fait augmenter le couple lorsque la charge augmente, ce qui aide le moteur à résister à la résistance soudaine du concasseur.

Courbe de couple et réponse du moteur à la charge

Sur un moteur de concasseur, ce qui compte autant que la puissance indiquée sur la plaque, c'est la courbe couple-vitesse du moteur. Sur les concasseurs à mâchoires et giratoires, le couple de choc transmis par le volant d'inertie entraîne momentanément le moteur en dessous de sa vitesse nominale ; un moteur bien conçu répond à cet instant par un couple de décrochage (pull-out torque) atteignant environ le double du couple de démarrage et supporte la charge sans décrocher. Plus le couple de décrochage est élevé, plus le moteur encaisse sans s'arrêter des chocs de roche importants. C'est pourquoi, sur les entraînements de concasseurs lourds, on choisit des moteurs à couple de décrochage élevé, capables d'entraîner des charges à fort moment d'inertie. Si le couple de charge dépasse le couple de démarrage du moteur, la vitesse s'effondre, le courant grimpe et la protection thermique se déclenche ; une courbe de couple correcte empêche ce scénario dès le départ.

Un point de rendement en plus représente des dizaines de milliers de kWh par an

Les installations de concassage fonctionnent de longues heures, le plus souvent en équipes successives ; cela les place parmi les exploitations dont la consommation d'énergie est la plus élevée. IE3 Premium et, si possible, les moteurs de classe de rendement IE4 procurent à ces puissances une économie nette selon la norme IEC 60034-30-1. Lorsqu'un moteur de concasseur de 160 kW est exploité en IE3 au lieu de IE2, un écart de rendement de seulement 1-2 % se traduit par une différence de plusieurs dizaines de milliers de kWh par an. À cette puissance, un petit point de rendement se répercute directement sur le bénéfice d'exploitation.

Protection contre la poussière, l'humidité et les vibrations

La poussière de pierre est l'ennemi le plus insidieux du moteur électrique ; elle obstrue les canaux du ventilateur, perturbe le refroidissement et s'infiltre dans les roulements. C'est pourquoi un indice de protection d'au moins IP55 est indispensable dans ces installations ; dans des conditions plus sévères, l'IP56 et des joints anti-poussière spéciaux sont envisagés. L'isolation classe F offre une marge sûre jusqu'à 155 °C face à la température élevée du bobinage qu'entraîne un fonctionnement ininterrompu. Pour le service continu, le régime S1 est la norme.

  • Boîte à bornes étanche et joints d'arbre contre la pénétration de poussière
  • Structure de roulements renforcée tolérant les vibrations
  • Grille de protection sur le capot du ventilateur de refroidissement empêchant l'obstruction

Gestion du refroidissement et de la température du bobinage

Comme les moteurs de concasseur de forte puissance en kW fonctionnent en permanence à pleine charge, l'évacuation de la chaleur qu'ils produisent constitue un sujet de conception à part entière. La solution standard est le refroidissement de surface IC411, qui souffle de l'air sur le carter au moyen du ventilateur à ailettes en bout d'arbre ; toutefois, dans les environnements très poussiéreux, l'obstruction de la grille du ventilateur affaiblit ce refroidissement. C'est pourquoi, dans certaines applications, on privilégie un refroidissement à ventilateur forcé externe (IC416) fonctionnant indépendamment de la vitesse du moteur ; cette option met le bobinage à l'abri en particulier sur les moteurs fonctionnant à basse vitesse avec un variateur de fréquence, lorsque le ventilateur propre devient insuffisant. Les thermistances PTC ou les sondes Pt100 noyées dans le bobinage arrêtent le moteur lorsque la température atteint la valeur de seuil et empêchent ainsi l'isolation de brûler. Le nettoyage périodique des canaux de refroidissement est l'un des éléments qui déterminent directement la durée de vie d'un moteur de cette puissance.

Arbre, accouplement et transmission mécanique

La puissance est transmise au concasseur le plus souvent par poulie-courroie en V ou directement par accouplement. Dans une transmission par courroie, la charge radiale appliquée sur l'arbre est élevée ; c'est pourquoi le choix des roulements et le diamètre d'arbre du moteur sont dimensionnés en fonction de la tension de courroie attendue. Le désalignement et le mauvais alignement sont les causes les plus fréquentes de réduction de la durée de vie des roulements comme de l'accouplement ; à la mise en service, la coaxialité de l'arbre est assurée par alignement laser. Sous des charges à chocs importants, on privilégie les accouplements élastiques (à plots en caoutchouc) qui protègent le moteur des sauts de couple soudains. Un organe de transmission bien choisi adoucit le choc subi par le moteur et réduit ainsi la charge de fatigue sur le carter et les roulements.

Pourquoi un carter en fonte ?

Dans cette application, le matériau du carter se distingue de façon incontestable. Moteurs à carter en fonte : ils résistent bien mieux que l'aluminium à la fissuration et à la déformation sous vibration continue et choc mécanique. Sur les entraînements de concasseurs lourds, la solidité mécanique du carter détermine directement la durée de vie du moteur. La masse de la fonte amortit en même temps les vibrations, ce qui profite aussi à la durée de vie des roulements.

Méthode de démarrage et choix du variateur

Lorsque les moteurs de concasseur de forte puissance en kW sont démarrés en direct, ils absorbent sur le réseau un courant de démarrage très élevé. C'est pourquoi on privilégie un démarrage étoile-triangle, par démarreur progressif (soft starter) ou par variateur de fréquence. Le variateur de fréquence augmente également la charge du concasseur de façon progressive, protégeant ainsi à la fois le moteur et la transmission mécanique, et procure une économie d'énergie lorsque les débits d'alimentation sont variables.

Mise en service et équipements de protection

La longévité d'un moteur de concasseur commence par les équipements de protection installés dans l'armoire. Un disjoncteur magnétothermique correctement réglé ou un relais de protection moteur détecte la surintensité et la perte de phase et protège le bobinage avant qu'il ne brûle. Sur une alimentation triphasée, le déséquilibre et l'ordre des phases sont impérativement contrôlés avant la mise en service ; la perte d'une seule phase grille en quelques minutes un moteur à pleine charge. Lors de la mise en service, la mesure de la résistance d'isolement (megger) montre si le bobinage a été exposé à l'humidité ; cette mesure est obligatoire en particulier sur les moteurs restés longtemps en stock. La solidité du raccordement à la terre est déterminante, en milieu poussiéreux et humide, tant pour la sécurité que pour la durée de vie de l'équipement.

Choix correct ou entretien régulier

Dans l'industrie lourde, la plus longue durée de vie n'est pas obtenue par un moteur bien choisi, mais par un moteur bien choisi et régulièrement entretenu. On procède périodiquement au graissage des roulements, au nettoyage du capot de ventilateur, à la mesure de la résistance d'isolement du bobinage et au contrôle des raccordements aux bornes. Comme l'accumulation de poussière perturbe le refroidissement, la surface du carter et la grille du ventilateur sont nettoyées régulièrement. Cette routine simple évite la grande majorité des arrêts imprévus.

Choisir le bon moteur de concasseur avec DRG Motor

DRG Motor fournit, pour les installations de concassage et de granulats, des moteurs triphasés IE3 Premium à carter en fonte en 400 V / 50 Hz dans la plage 75–355 kW. Nous pouvons déterminer ensemble la puissance et la vitesse correctes selon le type de concasseur, le profil de charge et la méthode de démarrage de votre application ; pour tous les moteurs électriques, vous pouvez contacter DRG Motor.