Le moteur asynchrone triphasé est la machine électrique la plus largement utilisée dans l'industrie ; il entraîne le rotor par le champ magnétique tournant produit par le stator. À mesure que la classe de puissance augmente, la tenue mécanique du carter devient déterminante ; à ce stade, le carter en fonte offre une meilleure gestion des vibrations et de la chaleur que l'aluminium. DRG Motor fournit, avec ses moteurs asynchrones triphasés à carter en fonte, des solutions résistantes aux charges lourdes et à chocs dans les applications de forte puissance.

Rotor à cage d'écureuil et glissement

Le cœur du moteur asynchrone est le rotor à cage d'écureuil. La tension triphasée appliquée au stator crée dans l'entrefer un champ tournant ; ce champ induit un courant dans les barres du rotor et le rotor tourne en produisant un couple, cherchant à rattraper le champ. Le fait que le rotor tourne un peu en retard de la vitesse de synchronisme s'appelle le glissement et se situe typiquement entre 2 et 5 %. Si le glissement était nul, il n'y aurait pas d'induction, donc pas de couple ; ce petit écart de vitesse est le fondement physique de la capacité du moteur à porter la charge. Les barres du rotor sont le plus souvent coulées en aluminium ou en cuivre ; la cage en cuivre, grâce à une résistance plus faible, augmente le rendement en particulier dans les classes de forte puissance en kW.

Le rôle du carter en fonte dans le moteur asynchrone

Le carter en fonte, grâce à sa masse élevée, amortit les vibrations et répartit la chaleur du moteur sur une large surface extérieure. Sur les lignes travaillant sous charge à chocs comme les convoyeurs, les concasseurs et les grosses pompes, cette robustesse préserve la durée de vie des roulements et l'alignement de l'axe. Le carter en aluminium est léger et économique aux petites puissances ; toutefois, dans les conditions de service lourd, la supériorité mécanique de la fonte est un motif de préférence. Pour une comparaison détaillée, vous pouvez consulter le contenu moteurs asynchrones CA.

Vitesse et couple dans la classe des fortes puissances en kW

Sur un réseau à 50 Hz, la vitesse de synchronisme est fixée par le nombre de pôles : 2 pôles 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min, 6 pôles 1000 tr/min, 8 pôles 750 tr/min. Dans les applications de forte puissance en kW, on privilégie généralement les moteurs à 4 et 6 pôles ; en produisant un couple plus élevé à faible vitesse, ils facilitent le démarrage des machines lourdes. Le couple de démarrage est déterminant surtout pour les charges à grand moment d'inertie comme les concasseurs et les broyeurs ; le bon choix de pôles permet au moteur de démarrer sans être sollicité.

Si les démarrages se répètent, la méthode de démarrage allonge la durée de vie des roulements

Lorsque les moteurs asynchrones de forte puissance en kW sont démarrés en direct, le courant de démarrage instantané peut atteindre six à huit fois le courant nominal. Ce courant élevé provoque à la fois une chute de tension sur le réseau et un choc mécanique. C'est pourquoi la méthode de démarrage est choisie avec soin en forte puissance :

  • Démarrage étoile-triangle : il réduit le courant de démarrage à environ un tiers, et convient aux charges exigeant un faible couple de démarrage comme les ventilateurs et les pompes
  • Démarreur progressif (soft starter) : en appliquant progressivement la tension au moteur, il abaisse à la fois la valeur de crête du courant de démarrage et la sollicitation brusque des organes de transmission
  • Variateur de fréquence (VSD) : il adoucit le démarrage et procure une économie d'énergie à vitesse variable

Le carter en fonte encaisse par sa structure robuste la contrainte mécanique née de ces démarrages ; lors de démarrages lourds répétés, la robustesse du carter retarde le désalignement de l'axe et la fatigue des roulements.

Déterminez l'indice de protection du moteur asynchrone triphasé selon son lieu de montage

Sur ces moteurs conçus pour les conditions de l'industrie lourde, le carter est de classe IP55 ; la poussière accumulée et les projections d'eau de direction quelconque ne peuvent pas atteindre le bobinage. L'isolation du bobinage est de classe F et laisse une marge thermique jusqu'à 155 degrés. La capacité du moteur à fonctionner des heures durant à pleine charge sans interruption s'exprime par le régime S1 ; dans ce régime, le carter en fonte garde le bobinage frais en dissipant la chaleur dégagée par sa large surface de fonte. Sur les lignes plus lourdes, les sondes de température de roulement et les thermistances PTC protègent le moteur en ouvrant le circuit lorsque le bobinage approche d'une température critique.

Combien d'argent représentent quelques points de rendement pour un 200 kW en fonctionnement continu

La norme IEC 60034-30-1 classe les moteurs de IE1 à IE5. Sur les moteurs de forte puissance, l'écart de rendement se traduit directement par un poste de coût important ; lorsqu'un moteur de 200 kW fonctionne en continu, l'écart de quelques points entre IE3 et IE4 peut correspondre à des dizaines de milliers de kilowattheures par an. C'est pourquoi, dans les applications de forte puissance en kW, les classes de rendement IE3 et supérieures sont considérées comme un standard. Le faible écart de l'investissement initial se récupère rapidement sur les lignes à forte intensité énergétique.

Fixation du carter et montage

Les moteurs asynchrones triphasés sont proposés avec différents codes de montage selon leur mode de liaison à la machine :

  • B3 — à pattes, montage au sol classique
  • B5 — forme de montage boulonnée par la bride à grands trous du flasque avant, verrouillée dans le même axe que la machine et ne nécessitant pas de socle séparé
  • B14 — montage par surface à petite bride

DRG Motor fournit, avec ces options de fixation, des moteurs asynchrones triphasés à carter en fonte en 400 V / 50 Hz dans la plage de 0,55-355 kW. Lorsque le caractère de charge, la vitesse et le type de fixation de l'application sont clarifiés, la combinaison de carter et de puissance la plus juste est déterminée ensemble.

Quelles machines le moteur asynchrone triphasé entraîne-t-il

Les moteurs asynchrones de forte puissance à carter en fonte sont utilisés dans les grandes pompes centrifuges, les ventilateurs et ventilateurs d'extraction, les lignes de convoyeurs lourds, les concasseurs et les broyeurs, les compresseurs et les mélangeurs. Le point commun de ces applications est le fonctionnement en continu et sous charge à chocs. La robustesse du carter permet au moteur de tourner pendant des années sans désalignement d'axe et sans produire de vibrations ; cela signifie de la durée de vie tant pour le roulement que pour la machine entraînée.

Maintenance, roulements et suivi des vibrations

Sur les moteurs de forte puissance en kW, la maintenance est le moyen le moins coûteux d'éviter les arrêts imprévus. On surveille régulièrement l'état de la graisse des roulements, la résistance d'isolement du bobinage et l'accumulation de poussière sur les ailettes de refroidissement. Même si la large surface du carter en fonte évacue bien la chaleur, la couche de poussière qui s'y dépose réduit cet avantage. La mesure des vibrations annonce tôt l'usure des roulements et le déséquilibre ; le désalignement d'axe et le desserrage des fixations sont des défauts qui s'aggravent vite sous charge lourde. Un alignement correct, un accouplement équilibré et un graissage périodique sont les postes de maintenance qui complètent la longévité offerte par la robustesse du carter.

Choisir le bon moteur de forte puissance

Dans la classe des fortes puissances en kW, le choix du moteur ne peut se réduire à un seul critère ; le profil de charge, la vitesse, le régime de service, les conditions ambiantes et la classe de rendement sont évalués ensemble. Le carter en fonte est le choix le plus sûr dans la grande majorité de ces conditions difficiles. Lorsque vous transmettez les informations de puissance, de vitesse et de fixation de votre besoin, DRG Motor propose le moteur le plus juste pour le service lourd, avec l'état du stock et le plan de livraison. Pour la large gamme de produits, vous pouvez consulter la page d'accueil.

Calcul du rendement : où vont les pertes

Dans un moteur asynchrone, les pertes se regroupent en quatre postes principaux : la perte cuivre du stator, la perte cuivre du rotor, la perte fer dans le paquet de tôles et les pertes par frottement et ventilation. Dans la classe des fortes puissances en kW, la somme de ces pertes se transforme en une charge qui doit être évacuée du carter directement sous forme de chaleur. Par exemple, un moteur de 160 kW d'un rendement de 95 % doit évacuer en continu vers l'extérieur, sous forme de chaleur, une perte d'environ 8 kW à pleine charge. La large surface et les ailettes de fonte du carter en fonte permettent précisément d'évacuer cette chaleur en sécurité. À mesure que la classe de rendement augmente, cette perte diminue ; la facture d'énergie baisse et la charge thermique du moteur s'allège, ce qui allonge directement la durée de vie de l'isolation et des roulements. C'est pourquoi le choix du carter et le choix de la classe de rendement ne doivent pas être pensés séparément en forte puissance : les deux sont planifiés ensemble.