Moteur de surpresseur Roots : choix de la puissance, de la vitesse et remplacement

Le moteur d'un surpresseur Roots se choisit à partir du débit d'air refoulé et de la différence de pression : pour un surpresseur qui refoule 8 m³/min sous 400 mbar, la puissance à l'arbre ressort à environ 8,9 kW avec un coefficient de pertes supposé, et un moteur de 11 kW à 4 pôles convient. Par exemple, le DRG-160M-4 tourne à 1465 tr/min, absorbe 20,4 A sous 400 V et fournit un couple nominal de 71,7 Nm. Si la plaque ou le catalogue du surpresseur indique une puissance moteur, c'est cette valeur qui prime ; le calcul ci-dessous vise les machines dont la plaque est illisible ou dont la pression de service a été modifiée.

Un surpresseur Roots n'est pas un ventilateur mais une machine volumétrique : il déplace le même volume à chaque tour, et plus la pression en face est élevée, plus il demande de couple au moteur. C'est donc le tarage de la soupape de sûreté qui fixe réellement la puissance moteur. Lors du remplacement et du raccordement, les travaux sur la boîte à bornes, le relais thermique et le sens de rotation doivent être confiés à un électricien qualifié. Vous pouvez comparer les données techniques de 120 modèles dans la rubrique Acheter un moteur électrique en ligne.

Comment calculer la puissance moteur d'un surpresseur Roots

La puissance côté air vaut simplement débit × différence de pression : P = Q · Δp. Avec le débit en m³/s et la pression en Pa, le résultat est en watts. On divise cette valeur par un coefficient η qui couvre les fuites internes, les frottements et les pertes de courroie. L'exemple suppose η = 0,60 ; la valeur réelle dépend du type et de la vitesse du surpresseur et figure sur la courbe du constructeur.

• Q = 8 m³/min = 0,133 m³/s ; Δp = 400 mbar = 40 000 Pa
• Puissance air : 0,133 × 40 000 ≈ 5,33 kW
• Puissance à l'arbre : 5,33 / 0,60 ≈ 8,9 kW
• Avec 10 % de marge : ≈ 9,8 kW → puissance normalisée supérieure 11 kW

Sur un moteur 11 kW à 4 pôles, cette charge représente un couple d'environ 9550 × 8,9 / 1465 ≈ 57,9 Nm, inférieur au couple nominal de 71,7 Nm. Pour refaire le calcul avec d'autres valeurs, utilisez le calculateur de puissance moteur pompe et ventilateur.

Comment la puissance évolue avec la différence de pression

À vitesse constante, la puissance absorbée par un surpresseur Roots augmente de façon presque linéaire avec la différence de pression. Au même débit de 8 m³/min, avec la même hypothèse η = 0,60 et 10 % de marge, on obtient :

La leçon du tableau : si la soupape passe de 400 à 600 mbar, le moteur de 11 kW ne suffit plus, il faut 15 kW. Celui qui relève le tarage doit aussi revérifier le moteur. À l'inverse, si la pression de ligne est faible, un moteur plus gros n'a aucun intérêt ; un moteur peu chargé fonctionne en outre avec un cos φ plus bas.

2 pôles ou 4 pôles ? Calcul de poulie et de courroie

La plupart des surpresseurs Roots sont entraînés par courroie et leur vitesse se règle par le rapport des poulies : d_moteur = d_surpresseur × n_surpresseur / n_moteur. Exemple : le surpresseur doit tourner à 2200 tr/min avec une poulie de 200 mm (hypothèse).

La vitesse de courroie est identique dans les deux cas, car la poulie et la vitesse du surpresseur sont les mêmes. L'effort tangentiel sur la courroie est lui aussi presque égal : 2 × 71,7 / 0,300 ≈ 477 N en 4 pôles, 2 × 35,7 / 0,149 ≈ 478 N en 2 pôles. La différence est ailleurs : en 2 pôles la poulie moteur diminue et l'angle d'enroulement aussi ; ne descendez jamais sous le diamètre minimal admis pour le profil de courroie. Quand le surpresseur tourne plus vite que le moteur (comme dans l'exemple), un 4 pôles avec une grande poulie moteur donne une transmission plus confortable ; quand le surpresseur tourne vers 3000 tr/min ou au-delà, un 2 pôles garde un rapport raisonnable. Vérifiez les diamètres avec le calculateur poulie-courroie ; pour une vue d'ensemble des transmissions par courroie, voir notre article sur le choix du moteur dans les systèmes entraînés par poulie-courroie.

Démarrage : étoile-triangle et vanne de mise à l'air

Un surpresseur Roots est une charge à couple constant, indépendante de la vitesse. S'il démarre directement contre la ligne sous pression, le moteur doit fournir le couple de pleine charge dès le premier instant.

Pour le DRG-160M-4, le couple de démarrage vaut 2,2 × 71,7 ≈ 157,7 Nm ; en démarrage direct, il soulève sans peine la charge de 57,9 Nm, mais le réseau voit environ 7,7 × 20,4 ≈ 157 A. Le moteur étant bobiné 400/690 V (Δ/Y), il fonctionne en triangle sur un réseau 400 V et convient au démarrage étoile-triangle. En étoile, le couple tombe au tiers : ≈ 52,6 Nm. C'est moins que la charge de 57,9 Nm : le surpresseur ne peut donc pas démarrer en étoile sous pression. La solution est une vanne de mise à l'air (blow-off) qui ouvre le refoulement à l'atmosphère pendant le démarrage : le surpresseur accélère à vide et la vanne se ferme après le passage en triangle. Détails sur la page démarrage étoile-triangle.

Aération des stations d'épuration et transport pneumatique

Aération : la pression vue par le surpresseur commence par la hauteur d'eau du bassin. Une colonne d'eau de 4 m représente environ 1000 × 9,81 × 4 ≈ 39 200 Pa, soit ≈ 392 mbar ; les pertes des diffuseurs et des tuyauteries s'y ajoutent. Si le niveau monte ou si les diffuseurs s'encrassent, la pression et le courant moteur augmentent ensemble. Dans ces stations, le surpresseur reste en service la majeure partie de la journée : réserve thermique et capot de ventilateur propre comptent dans le choix du moteur.

Transport pneumatique : la pression varie avec la quantité de matière dans la ligne ; en cas de bouchon, elle monte jusqu'au tarage de la soupape. Le moteur se dimensionne donc sur le tarage de la soupape, pas sur la pression normale. La ligne 600 mbar du tableau illustre ce cas : 15 kW pour 8 m³/min (DRG-160L-4, 27,3 A sous 400 V).

Réglage du débit par variateur : un Roots n'est pas un ventilateur

Sur un ventilateur, la puissance chute avec le cube de la vitesse ; un surpresseur Roots ne se comporte pas ainsi. À différence de pression constante, le débit varie avec la vitesse et la puissance à peu près proportionnellement à la vitesse. À 35 Hz au lieu de 50 Hz, le surpresseur fournit environ 70 % du débit et absorbe environ 70 % de la puissance, tandis que le couple sur l'arbre moteur reste pratiquement identique. Conséquences :

• Réglez le variateur en mode couple constant (service sévère), pas en mode couple variable (ventilateur/pompe).
• Le moteur est refroidi par son propre ventilateur ; à basse vitesse, l'air de refroidissement diminue alors que le couple reste le même. Pour de longues périodes à basse vitesse, prévoyez une ventilation forcée.
• La vitesse minimale admise par le surpresseur figure dans le catalogue du constructeur ; en dessous, les fuites internes augmentent et la machine chauffe.

Pour visualiser couple et puissance selon la fréquence, utilisez le calculateur VFD fréquence-couple-puissance.

Remplacement du moteur : alignement des poulies et check-list

Si l'ancien moteur est remplacé par un moteur de même carcasse CEI, les trous de fixation et la hauteur d'axe correspondent et la poulie se monte sur le même arbre. Cotes de montage du DRG-160M-4 de 11 kW à 4 pôles :

• Puissance: 11 kW (15 HP)
• Vitesse nominale: 1465 tr/min
• Courant 380 V / 400 V: 21,5 A / 20,4 A
• Couple nominal: 71,7 Nm
• Tension: 400/690 V (Δ/Y)
• Carcasse CEI / hauteur d'axe: 160M / 160 mm
• Arbre D×E: 42 × 110 mm
• Fixation pattes A×B: 254 × 210 mm
• Roulement: 6309-C3

Suivez cet ordre lors du remplacement :

• Relevez kW, vitesse, tension/couplage et carcasse CEI sur la plaque de l'ancien moteur ; mesurez l'arbre D × E au pied à coulisse.
• Déposez la poulie avec un extracteur ; contrôlez la clavette et la rainure (largeur de clavette F = 12 mm en carcasse 160).
• Montez la poulie sur le nouvel arbre près de l'épaulement ; plus elle s'éloigne vers le bout d'arbre, plus la charge sur le roulement augmente.
• Alignez les poulies moteur et surpresseur à la règle ou au laser : désalignements parallèle et angulaire proches de zéro.
• Tendez la courroie selon la valeur du fabricant de courroies ; recontrôlez une courroie neuve après les premières heures.
• Sur un Roots, le sens de rotation détermine le côté aspiration et le côté refoulement. Faites tourner brièvement le moteur sans courroie et comparez avec la flèche du surpresseur ; s'il est inversé, permutez deux phases (électricien qualifié).
• Réglez le relais thermique sur le courant nominal de la plaque (DRG-160M-4 : 20,4 A sous 400 V, 21,5 A sous 380 V) ; l'outil sélection relais thermique, fusible et contacteur vous aide.
• Vérifiez le fonctionnement de la soupape de sûreté et de la vanne de mise à l'air ainsi que la présence du carter de courroie.
• Mesurez le courant à la pince au premier démarrage ; s'il dépasse le nominal, contrôlez la pression et le tarage.

Pour comparer les cotes de pattes et de bride avant commande, consultez les dessins techniques des moteurs DRG.

Moteurs de cette puissance : modèles DRG pour surpresseurs Roots

DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques ; les modèles en fonte ci-dessous couvrent la plage de puissance la plus demandée pour l'entraînement des surpresseurs Roots. Les courants sont des valeurs catalogue.

• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1500 tr/min – IEC 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – IEC 160M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1500 tr/min – IEC 160L fonte
• DRG-180M-4 – 18,5 kW – 1500 tr/min – IEC 180M fonte
• DRG-160M1-2 – 11 kW – 3000 tr/min – IEC 160M fonte
• DRG-160M2-2 – 15 kW – 3000 tr/min – IEC 160M fonte

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Questions fréquentes

Quelle puissance de moteur pour un surpresseur Roots ?

Elle dépend du débit et de la différence de pression : P ≈ Q · Δp / η. Pour 8 m³/min et 400 mbar, avec η = 0,60 supposé, la puissance à l'arbre est ≈ 8,9 kW et l'on retient un moteur de 11 kW. La valeur de référence reste la plaque et la courbe du constructeur.

Un surpresseur Roots fonctionne-t-il avec un moteur 2 pôles ou 4 pôles ?

Les deux existent ; le choix suit la vitesse du surpresseur et le rapport de poulies. Pour un surpresseur vers 2200 tr/min, il faut une poulie moteur d'environ 300 mm en 4 pôles et d'environ 149 mm en 2 pôles.

Un surpresseur Roots peut-il démarrer en étoile-triangle ?

Oui, à condition que la vanne de mise à l'air soit ouverte au démarrage. En étoile, le couple tombe au tiers ; sur le DRG-160M-4 il reste ≈ 52,6 Nm, insuffisant pour la charge de ≈ 57,9 Nm sous pression.

Combien d'ampères consomme un moteur de surpresseur Roots de 11 kW ?

Le DRG-160M-4 à 4 pôles absorbe 20,4 A sous 400 V et 21,5 A sous 380 V à pleine charge. Pour les autres puissances, voir le tableau des courants moteur.

Envoyez-nous la puissance, la vitesse et la dimension d'arbre relevées sur la plaque de votre machine : nous déterminerons ensemble le modèle DRG adapté. Téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact drgmotor.com/fr/contact. Pour consulter directement les modèles : Acheter un moteur électrique en ligne.