La plus grande partie du besoin d'entraînement des installations industrielles est couverte par des moteurs asynchrones triphasés. Grâce à leur rotor à cage d'écureuil et à leur structure simple, dépourvue de balais et de collecteur, ces moteurs fonctionnent de longues années avec peu de maintenance. Dans cet article, nous traitons en détail du principe de fonctionnement des moteurs asynchrones de type industriel, des caractéristiques qui les rendent « de type industriel », des options de vitesse et de puissance, des classes de rendement et des critères de choix.

Principe de fonctionnement et glissement

Lorsque le bobinage triphasé du stator est alimenté par le réseau, il crée un champ magnétique tournant. Ce champ induit un courant dans les barres du rotor, et le courant induit produit, en interagissant avec le champ, le couple qui fait tourner le rotor. Le rotor ne parvient pas à atteindre exactement la vitesse synchrone du champ magnétique ; cette différence de vitesse entre les deux s'appelle le « glissement », et le moteur tire son nom de là. À pleine charge, le glissement se situe généralement entre 2 et 4 %. Ce faible écart permet au moteur de répondre aux variations de charge par une caractéristique couple-vitesse stable. Lorsque la charge augmente, le glissement croît légèrement et le moteur maintient l'équilibre en produisant davantage de couple.

Les caractéristiques qui définissent le type industriel

Ce qui rend un moteur asynchrone « de type industriel », c'est qu'il est conçu pour les conditions sévères de l'environnement d'usine. Ces moteurs possèdent typiquement l'indice de protection IP55 ; cela exprime la protection totale contre la poussière et la tenue aux projections d'eau venant de toutes directions. L'isolation de classe F, en permettant au bobinage de supporter une température allant jusqu'à 155°C, laisse une marge de sécurité. Le régime de service continu S1 indique quant à lui que le moteur convient à un fonctionnement ininterrompu à pleine charge.

  • Protection IP55 : tenue à la poussière et aux projections d'eau
  • Isolation classe F : tolérance d'une température de bobinage de 155°C
  • Régime S1 : fonctionnement continu, sans interruption
  • Carter en fonte : tenue aux vibrations, aux chocs et à la charge thermique

En présence de vibrations et de chocs, le carter en fonte prend l'avantage

Sur les moteurs de type industriel, le matériau du carter influence directement la performance. Le carter en fonte offre une tenue supérieure dans les milieux où règnent de fortes vibrations, des chocs et des températures élevées ; il est donc privilégié dans des applications telles que concasseur, compresseur et convoyeur lourd. Le carter en aluminium, plus léger, apporte quant à lui un avantage dans les applications où la manutention et le montage sont faciles et dans la plage de puissance moyenne. Le choix se fait selon la charge mécanique de l'application et les conditions ambiantes. Alors que la fonte devient presque un standard dans les fortes puissances, le carter en aluminium se détache dans les faibles puissances en termes de coût et de poids.

Fixation du carter et montage

Les moteurs asynchrones de type industriel sont proposés avec des types de fixation normalisés. Les modèles à pattes B3 se fixent au sol ou sur un rail par boulonnage et constituent la fixation la plus répandue. Les moteurs à bride B5 se raccordent directement à une pompe ou à un réducteur par leur grande bride. Les modèles à face B14 offrent quant à eux, avec leur petite bride de face, la possibilité d'un montage compact. Le choix du bon type de fixation dépend de la machine sur laquelle le moteur sera raccordé et de l'espace disponible. Dans certaines applications, on utilise aussi des montages combinés comportant à la fois pattes et bride.

Options de vitesse et de puissance

La vitesse du moteur asynchrone est déterminée par le nombre de pôles. Un moteur à 2 pôles tourne autour de 3000 tr/min, un 4 pôles à 1500 tr/min et un 6 pôles à 1000 tr/min (la vitesse réelle est un peu plus basse à cause du glissement). On choisit des modèles à 2 pôles pour les ventilateurs et compresseurs exigeant une vitesse élevée, à 4 pôles pour les applications équilibrées à usage général, et à 6 pôles pour les convoyeurs et concasseurs exigeant un couple élevé et une faible vitesse. La plage de puissance s'étend de 0,55 kW à 355 kW, ce qui couvre un large éventail d'applications, de la petite pompe à la grande machine industrielle.

La facture énergétique annuelle d'un moteur de type industriel

La norme IEC 60034-30-1 répartit les moteurs en classes de rendement de IE1 à IE5. Sur les moteurs de type industriel, on choisit généralement une classe entre IE2 et IE4 selon la durée de fonctionnement de l'application. Sur les lignes fonctionnant en continu, les classes de rendement IE3 et supérieures compensent en peu de temps l'écart de prix d'achat, car elles abaissent la dépense énergétique sur toute la durée de vie. Même si l'écart de rendement reste limité dans les faibles puissances, l'économie annuelle atteint un niveau important sur les moteurs de forte puissance fonctionnant 24 heures par jour. C'est pourquoi, lors du choix d'un moteur, on prend en compte non seulement la puissance mais aussi la durée de fonctionnement.

Compatibilité avec le variateur de fréquence

Dans de nombreuses applications industrielles, la vitesse du moteur est modifiée selon le besoin de production. Pour cela, le moteur est piloté par un variateur de fréquence. Sur les moteurs destinés à fonctionner avec un variateur, concevoir l'isolation du bobinage pour résister aux impulsions de tension préserve la durée de vie du moteur. Le contrôle de vitesse apporte de la souplesse au procédé et procure une économie d'énergie notable sur des applications comme les ventilateurs et les pompes, car la puissance absorbée par le moteur diminue rapidement lorsque le débit baisse.

Les quatre valeurs suivies en maintenance de routine

Comme les moteurs asynchrones à cage d'écureuil ne comportent ni balais ni collecteur, la charge de maintenance est faible. En maintenance de routine, on contrôle l'état des roulements, la température du carter, les vibrations et la propreté des ailettes de ventilation. Un remplacement de roulement effectué à temps prévient les pannes imprévues. Maintenir le moteur propre et sa ventilation dégagée abaisse la température du bobinage et allonge la durée de vie de l'isolation.

Applications industrielles typiques

Les moteurs asynchrones de type industriel travaillent dans un très large éventail d'applications. Ils assurent le mouvement du fluide dans les pompes centrifuges et les ventilateurs ; ils transportent la matière dans les convoyeurs et les élévateurs ; ils produisent la pression dans les compresseurs et les groupes hydrauliques ; ils fournissent un couple élevé dans les concasseurs, broyeurs et mélangeurs. La caractéristique de charge étant différente pour chaque application, le moteur est choisi en conséquence. Alors que les applications à couple variable comme les pompes et ventilateurs procurent une économie d'énergie importante avec un variateur de fréquence, c'est la performance de démarrage qui se détache dans les applications à couple constant comme les convoyeurs et concasseurs.

Valeurs nominales et informations de la plaque

La plaque du moteur est la source d'information de base pour un choix et un remplacement corrects. On y trouve la puissance nominale (kW), la vitesse nominale (tr/min), la tension (400 V), la fréquence (50 Hz), le courant nominal, le facteur de puissance (cos φ), la classe de rendement, l'indice de protection (IP55), la classe d'isolation (F) et le type de fixation. Lors du remplacement d'un moteur, faire correspondre ces valeurs permet à la ligne de continuer à fonctionner sans problème. Le courant nominal et le facteur de puissance sont en particulier pris en compte pour le choix de la protection et du câble.

Problèmes fréquents et mesures préventives

Sur les moteurs asynchrones, les défauts les plus fréquents proviennent de l'usure des roulements, de l'échauffement du bobinage et des vibrations. Une surcharge, une perte de phase ou une ventilation insuffisante élèvent la température du bobinage et détériorent l'isolation. Protéger le moteur par un relais de surcharge, contrôler l'équilibre des phases et maintenir la ventilation dégagée prévient ces problèmes. Un suivi régulier des vibrations et de la température permet de détecter les petits signes avant qu'ils ne se transforment en pannes majeures.

Comment déterminer le bon moteur asynchrone ?

Lors du choix d'un moteur asynchrone de type industriel, la puissance, la vitesse (nombre de pôles), l'indice de protection, la classe d'isolation, le type de fixation et la classe de rendement sont évalués ensemble. Lorsque ces critères sont examinés avec les conditions ambiantes et la durée de fonctionnement de l'application, le bon modèle se dégage. Basée à İzmir, DRG Motor fournit des moteurs asynchrones de type industriel adaptés au réseau 400 V / 50 Hz, avec différentes options de fixation et de rendement ; elle recommande le modèle approprié en évaluant le besoin de votre application. Pour les détails et une offre à jour, vous pouvez visiter la page DRG Motor.