Le moteur électrique triphasé, élément d'entraînement fondamental de l'industrie, fonctionne grâce à trois courants alternatifs distincts, décalés de 120 degrés les uns par rapport aux autres, qui créent un champ magnétique tournant dans le stator. Grâce à ce champ tournant, le moteur démarre de lui-même, sans avoir besoin d'un dispositif de démarrage supplémentaire, en produisant un couple régulier et sans vibrations. Le fait qu'il soit plus petit, plus performant et plus solide qu'un moteur monophasé de même puissance a fait de la structure triphasée le standard de la quasi-totalité des entraînements en usine. DRG Motor fournit sa gamme triphasée de manière à ce qu'elle se raccorde directement au réseau 400 V / 50 Hz.

Comment naît le champ magnétique tournant ?

Les trois groupes de bobinage sont positionnés dans le carter à angles égaux et, lorsqu'une tension triphasée décalée dans le temps est appliquée à chacun d'eux, la somme des champs produits par les bobinages se transforme en un champ magnétique d'amplitude constante, progressant en permanence à la périphérie. Tandis que le rotor à cage d'écureuil tente de suivre ce champ tournant, les courants induits en son sein engendrent un couple et l'arbre se met à tourner. Les dispositifs nécessaires sur les moteurs monophasés parce que le champ n'y tourne pas de lui-même — condensateur, bobinage auxiliaire ou pôle à bague — ne sont jamais nécessaires en triphasé. Cela rend la structure à la fois mécaniquement plus simple et électriquement plus fiable.

Vitesse, nombre de pôles et glissement

Sur un réseau 50 Hz, la vitesse synchrone est directement déterminée par le nombre de pôles. Les valeurs les plus fréquemment rencontrées en pratique sont les suivantes :

  • 2 pôles : vitesse synchrone 3000 tr/min, vitesse réelle ~2900 tr/min
  • 4 pôles : vitesse synchrone 1500 tr/min, vitesse réelle ~1450 tr/min
  • 6 pôles : vitesse synchrone 1000 tr/min, vitesse réelle ~960 tr/min

Le fait que le rotor tourne un peu plus lentement que la vitesse synchrone s'appelle le glissement (slip) ; cet écart est indispensable pour que le moteur asynchrone puisse produire du couple. Les moteurs à 2 et 4 pôles, à vitesse élevée, sont privilégiés sur les ventilateurs, les pompes et les compresseurs ; les moteurs à 6 pôles, à vitesse basse, le sont sur les concasseurs, les mélangeurs et les convoyeurs qui exigent un couple élevé. Lorsqu'une vitesse plus basse est nécessaire, l'utilisation avec un réducteur est courante.

Couplage étoile et triangle

La boîte à bornes d'un moteur triphasé comporte six bornes, et ces bornes sont couplées en étoile (Y) ou en triangle (Δ) au moyen de barrettes. Le couplage à utiliser est déterminé d'après les valeurs de tension figurant sur la plaque du moteur et la tension du réseau. Un moteur portant la mention 230/400 V se couple en étoile sur un réseau 400 V, car chaque bobinage reçoit la tension phase-neutre. En couplage triangle, en revanche, chaque bobinage voit la pleine tension de ligne et le moteur délivre sa pleine puissance. Un couplage erroné conduit soit à un fonctionnement du moteur à puissance très réduite, soit au grillage des bobinages par surintensité.

  • Étoile (Y) : Les bobinages se rejoignent en un point commun ; la tension par phase diminue d'un facteur 1,73 et le courant de démarrage baisse.
  • Triangle (Δ) : Les bobinages sont raccordés bout à bout ; chaque bobinage voit la pleine tension de ligne et le moteur délivre son plein couple.

L'utilisation successive de ces deux couplages constitue le fondement de la méthode de démarrage étoile-triangle expliquée ci-dessous.

Comment reporter l'écart de rendement sur la consommation annuelle en kWh ?

Les moteurs triphasés sont classés selon la norme IEC 60034-30-1 en classes de rendement allant d'IE1 à IE5. Sur un entraînement fonctionnant en continu, la dépense d'énergie dépassant largement le prix d'achat du moteur, un moteur de classe IE3 ou IE4 rembourse rapidement l'écart de prix initial au fil des heures de fonctionnement. Les moteurs de classe de rendement IE3 proposés par DRG offrent un point d'équilibre entre pertes réduites et coût initial raisonnable dans les applications de service moyen et sévère. Pour reporter l'écart de rendement sur la consommation annuelle, la consommation annuelle en kWh du moteur se calcule approximativement en la multipliant par les heures de fonctionnement et le taux de charge, puis en appliquant l'écart de rendement entre les deux classes.

Facteur de puissance et compensation d'énergie réactive

Les moteurs asynchrones appellent de la puissance réactive sur le réseau pour établir le champ magnétique ; c'est ce qui fait que le facteur de puissance (cos φ) est inférieur à 1. Le facteur de puissance baisse nettement, en particulier sur les moteurs fonctionnant à charge légère ou tournant à vide. Un facteur de puissance faible signifie qu'un courant plus élevé est appelé pour effectuer le même travail ; cela sollicite le câble et le transformateur et peut conduire le distributeur à appliquer une pénalité réactive. Dans les installations comportant des groupes de moteurs, le facteur de puissance est ramené à 0,95 et au-delà à l'aide d'une armoire de compensation à batterie de condensateurs. Cette solution évite la pénalité réactive et allège la charge du réseau. Sur les moteurs entraînés par un variateur de fréquence, le facteur côté entrée du variateur est en outre évalué séparément.

Carter, protection et isolation

Dans le choix d'un moteur triphasé, la protection contre l'environnement est aussi déterminante que la résistance mécanique. Les valeurs qui se dégagent comme standard de l'industrie générale sont les suivantes :

  • Protection IP55 : le premier chiffre limite la poussière, le second indique la résistance à un jet d'eau à basse pression
  • Isolation de classe F : le matériau résiste jusqu'à la limite de 155 °C et, en pratique, il est le plus souvent exploité avec un échauffement plus faible, de classe B
  • Régime de service continu S1 : température stable sous pleine charge sans interruption
  • Carter en aluminium : léger, économique dans les faibles puissances ; carter en fonte : résistance mécanique élevée et amortissement des vibrations

Alors que le carter en aluminium offre un avantage de poids et de coût dans les faibles puissances, sur les charges lourdes et avec chocs, les moteurs asynchrones à carter en fonte assurent une durée de vie plus longue.

Types de montage et fixation

La manière dont le moteur sera fixé à la machine est définie par les codes de montage IEC. Le type à pattes B3 est boulonné par la base du carter au sol ou au châssis et il est courant dans les transmissions par poulie-courroie ou par accouplement. Le type à bride B5 se raccorde directement à une pompe ou à un réducteur par une bride de grand diamètre située sur le flasque avant du moteur. Le type à face B14, avec sa petite bride taraudée, convient aux machines compactes. Le choix du bon type de montage influe directement sur la durée de vie du moteur du point de vue de l'alignement et des vibrations.

Quel démarreur réduit le courant de démarrage d'un moteur asynchrone triphasé

Comme les moteurs triphasés peuvent appeler au démarrage plusieurs fois le courant nominal, la méthode de démarrage gagne en importance à mesure que la puissance augmente. Alors que le démarrage direct suffit sur les petits moteurs, un démarreur étoile-triangle limite le courant de démarrage dans les puissances moyennes. Dans les applications exigeant un contrôle plus fin, on utilise un démarreur progressif (soft starter) ou un variateur de fréquence. Le variateur de fréquence permet en même temps de régler la vitesse et procure une économie d'énergie supplémentaire sur les pompes et les ventilateurs.

Défaillances fréquentes et mesures de prévention

Un moteur triphasé correctement choisi et correctement raccordé fonctionne de longues années sans incident ; mais les conditions environnementales et électriques préparent le terrain à certaines défaillances typiques. Au premier rang des problèmes les plus fréquents vient la perte de phase : si l'une des trois phases est coupée, le moteur s'échauffe en forçant et le bobinage grille rapidement. C'est pourquoi l'utilisation d'un relais de protection moteur ou d'un disjoncteur magnéto-thermique vient en premier.

  • Surcharge : Blocage de la machine ou dimensionnement erroné ; on l'évite par une protection thermique.
  • Usure des roulements : Manque de lubrification ou défaut d'alignement ; on la retarde par une lubrification et un alignement réguliers.
  • Vibration et bruit : Signe d'une fixation desserrée, d'une poulie déséquilibrée ou d'un défaut de palier.
  • Humidité et baisse de l'isolement : Sur les moteurs restés longtemps à l'arrêt, on contrôle en mesurant la résistance du bobinage.

Effectuer ces contrôles de façon périodique réduit largement les arrêts imprévus et maintient le moteur proche de ses valeurs de plaque.

Un entraînement triphasé dans presque toutes les branches de l'industrie

Les moteurs triphasés se rencontrent dans presque toutes les branches de l'industrie : pompes centrifuges et immergées, ventilateurs d'extraction et ventilateurs, convoyeurs à bande, compresseurs à vis et à piston, concasseurs de pierre et de minerai, mélangeurs et broyeurs. Le besoin commun de ces applications est un couple continu et sans vibrations associé à un couple de démarrage élevé ; la structure triphasée répond naturellement aux deux.

Déterminer le bon moteur dans la gamme triphasée DRG

DRG Motor fournit des moteurs triphasés de 0,55-355 kW, à protection IP55 et isolation de classe F, avec 2/4/6 pôles et des options de rendement IE3-IE4. Pour déterminer le bon moteur, il suffit d'apparier la puissance, la vitesse, le type de montage (B3/B5/B14) et la classe de rendement avec l'application. Grâce aux hauteurs d'axe et aux dimensions de fixation IEC normalisées, ces moteurs se montent sans difficulté aussi bien sur des lignes créées de zéro qu'en remplacement d'un moteur vieillissant. Vous pouvez préciser la puissance adaptée à votre besoin et les informations de livraison auprès de DRG Motor.