Les moteurs asynchrones de type industriel sont des moteurs triphasés qui constituent la grande majorité des entraînements en usine et qui fonctionnent par induction d'un courant dans le rotor par un champ magnétique tournant. Leur construction simple, sans balais, sans collecteur ni aimants permanents, en a fait la main-d'œuvre la plus fiable et la plus répandue de l'industrie. Nous examinons ci-dessous en détail le principe de fonctionnement, la classification et les critères de choix corrects de ces moteurs, que l'on rencontre à toutes les échelles, de la pompe au ventilateur, du convoyeur au compresseur.

Principe de fonctionnement du moteur asynchrone

L'essence du fonctionnement est que le rotor tente de rattraper le champ tournant du stator sans jamais y parvenir complètement ; c'est précisément cet écart de vitesse permanent qui explique le qualificatif « asynchrone ». Le courant triphasé appliqué aux bobinages produit un champ magnétique tournant dans l'espace. Lorsque ce champ traverse les barres de la cage, il induit dans celles-ci un courant, conformément à la loi de Faraday ; la force créée par le courant induit avec le champ entraîne le rotor à la poursuite du champ et génère le couple sur l'arbre. Il est physiquement impossible que le rotor rattrape totalement le champ tournant ; l'écart s'appelle le « glissement » (slip) et se situe généralement entre 1 et 5 %. Ce glissement est le mécanisme fondamental qui permet au moteur de produire du couple sous charge ; lorsque la charge augmente, le glissement augmente et le moteur produit davantage de couple pour maintenir l'équilibre.

La supériorité du rotor à cage d'écureuil

La quasi-totalité des moteurs asynchrones de type industriel utilise un rotor à cage d'écureuil. Dans cette construction, le rotor est formé de barres en aluminium ou en cuivre réunies par des anneaux de court-circuit ; il ne comporte ni balais ni bagues. Le moteur qui en résulte est extrêmement robuste, faiblement demandeur en maintenance et de longue durée de vie ; en l'absence d'élément de contact susceptible de s'user, il peut fonctionner des années sans intervention.

  • Pas de balais ni de collecteur : peu de pièces d'usure, maintenance minimale
  • Structure de rotor fermée : résistante à la poussière et à l'humidité
  • Résistance mécanique élevée : adaptée aux conditions de l'industrie lourde
  • Faible coût de fabrication et d'exploitation

Vitesse réelle et vitesse synchrone sur un moteur de type industriel

La vitesse synchrone d'un moteur asynchrone est déterminée par le nombre de pôles et la fréquence du réseau. Sur un réseau 50 Hz, un moteur 2 pôles tourne à la vitesse synchrone de 3000 tr/min, un 4 pôles à 1500 tr/min et un 6 pôles à 1000 tr/min ; la vitesse réelle est inférieure de la valeur du glissement. Le choix de la vitesse détermine directement l'application : on préfère des moteurs 2 pôles pour les pompes à grande vitesse, 4 pôles pour les entraînements généraux de l'industrie, 6 pôles pour les concasseurs et agitateurs exigeant un couple élevé et une faible vitesse. Cette polyvalence fait des moteurs AC asynchrones la solution d'entraînement standard de l'industrie.

IE4 ou IE5 : le résultat du calcul sur un moteur de type industriel

Les moteurs asynchrones de type industriel se répartissent en classes de rendement de IE1 à IE5 selon la norme IEC 60034-30-1. Sur un moteur fonctionnant en continu, le coût de l'énergie consommée durant sa vie dépasse plusieurs fois son prix d'achat ; le choix de la classe de rendement est donc au moins aussi déterminant que celui de la puissance. Les moteurs de classe IE3 et IE4 accomplissent le même travail avec moins de pertes : ils procurent une économie d'énergie et, chauffant moins, fonctionnent plus longtemps. Pour les installations à usage intensif, les moteurs électriques IE3 constituent le point de départ le plus courant.

Méthodes de démarrage et courant de démarrage

Raccordé directement au réseau, un moteur asynchrone à cage d'écureuil absorbe un courant de démarrage atteignant six à huit fois son courant nominal. Si cela ne pose pas de problème aux faibles puissances, aux puissances moyennes et élevées cela peut provoquer une chute de tension sur le réseau et une contrainte sur les contacteurs. C'est pourquoi différentes méthodes de démarrage sont retenues selon l'application.

  • Démarrage direct (DOL) : la solution la plus simple et la plus économique sur les moteurs jusqu'à environ 4 kW.
  • Démarrage étoile-triangle (Y/Δ) : réduit le courant de démarrage d'environ un tiers ; répandu sur les entraînements démarrant en charge comme les pompes et ventilateurs.
  • Démarreur progressif (soft starter) : limite progressivement le courant et le choc mécanique, protège la courroie sur les bandes transporteuses.
  • Variateur de fréquence : réunit dans un seul appareil le démarrage et la régulation de vitesse.

Régulation de vitesse par variateur de fréquence

Dans les applications où le fonctionnement à vitesse fixe ne suffit pas, le moteur asynchrone peut être piloté par un variateur de fréquence et travailler à vitesse variable. Le variateur ajuste en continu la vitesse du moteur en modifiant la fréquence du réseau dans la plage 0-50 Hz selon le besoin. Cette méthode procure un gain énergétique marqué en particulier sur les applications de pompes et de ventilateurs, car sur ces charges la consommation de puissance varie avec le cube de la vitesse : réduire le débit de 20 % peut donc diminuer la consommation de moitié. Sur les moteurs destinés à être pilotés par variateur de fréquence, une isolation de bobinage résistante aux pics de tension élevés et, au besoin, l'utilisation d'un ventilateur de refroidissement séparé évitent l'échauffement à basse vitesse.

Caractéristiques de construction et indices de protection

Les moteurs asynchrones de type industriel sont conçus pour résister aux environnements de production sévères. L'indice de protection IP55 assure une protection contre la pénétration de poussière et contre les jets d'eau venant de toutes les directions. L'isolation de classe F (155 °C) est standard ; maintenir l'échauffement à la limite de la classe B laisse une marge thermique au moteur et prolonge sa durée de vie. Le régime de service continu S1 exprime la capacité du moteur à fonctionner à pleine charge pendant une durée illimitée. Comme matériau de carter, on préfère la fonte, qui amortit les vibrations, dans les applications lourdes, et l'aluminium dans les applications légères.

Formes de fixation et plage de puissance

Les moteurs asynchrones sont proposés dans diverses formes de fixation afin de s'adapter à différentes géométries de montage. Le bon choix de fixation se détermine dès le départ pour un montage sans problème sur la machine.

  • B3 : montage à pattes, la construction la plus répandue
  • B5 : bride à grands trous côté arbre ; se boulonne sur la machine sans châssis intermédiaire
  • B14 : petite bride, applications légères
  • B35 : combinaison à pattes et à bride
  • Plage de puissance : de 0,55 kW à 355 kW, 400 V / 50 Hz

Maintenance, durée de vie des roulements et prévention des pannes

Même si la construction à cage d'écureuil réduit la maintenance au minimum, l'élément qui détermine réellement la durée de vie du moteur, ce sont les roulements. Une lubrification régulière, un alignement correct de l'accouplement et le suivi des vibrations sont le moyen le plus efficace d'éviter les arrêts imprévus. Un défaut d'alignement ou une courroie trop tendue applique une force latérale sur le roulement et provoque une usure prématurée. La surveillance de la température du bobinage par un relais thermique de protection ou par des sondes PTC noyées arrête le moteur à temps en cas de surcharge et empêche la destruction de l'isolation. La mesure de la résistance d'isolement du bobinage (mégohmmètre) au moins une fois par an permet de détecter précocement les fuites dues à l'humidité et au vieillissement.

S'il s'agit d'un concasseur ou d'un broyeur, le couple est déterminant

Le domaine d'utilisation des moteurs asynchrones de type industriel couvre presque tous les procédés de production. Sur les pompes centrifuges et immergées, ils assurent un débit constant ; sur les ventilateurs d'extraction et de ventilation, ils font tourner le flux d'air ; sur les convoyeurs à bande, ils transportent la matière ; sur les compresseurs à vis et à pistons, ils produisent l'air comprimé ; sur les machines à chocs lourds comme les concasseurs, broyeurs et agitateurs, ils transmettent un couple élevé en toute sécurité. Ce large éventail d'applications répond au besoin de chaque secteur grâce à une association correcte puissance-vitesse-carter.

Se procurer le bon moteur asynchrone

Le rendement et la durée de vie d'un moteur asynchrone passent par une association correcte à l'application. Basés à İzmir, nous fournissons des moteurs asynchrones de type industriel dans une plage de puissance allant de 0,55 kW à 355 kW, en 2-4-6 pôles, en classes de rendement IE2-IE4, en 400 V / 50 Hz, à carter en fonte et en aluminium, à protection IP55 et à isolation de classe F. En déterminant ensemble la bonne puissance, la bonne vitesse, le bon carter et la bonne forme de fixation pour vos entraînements de pompes, ventilateurs, convoyeurs, compresseurs et concasseurs, nous soutenons le fonctionnement sans interruption de votre installation. Pour les options de produits et un conseil technique, vous pouvez contacter l'équipe DRG Motor.