Le moteur asynchrone triphasé, qui fonctionne grâce au champ magnétique tournant créé par le courant alternatif provenant de trois phases distinctes, est le type d'entraînement le plus répandu dans l'industrie. Grâce à sa structure simple, son faible besoin de maintenance et sa longue durée de vie, il constitue le premier choix dans la grande majorité des applications, de la pompe au convoyeur et du ventilateur au compresseur. Ci-dessous, nous abordons en détail la logique de fonctionnement de ces moteurs, leurs caractéristiques techniques et les critères d'un choix correct.

Champ magnétique tournant et principe de fonctionnement

Lorsque trois groupes de bobinages sont répartis dans le carter à des angles égaux et que chacun reçoit tour à tour le courant de phase à son maximum, la résultante de ces courants devient un champ tournant à vitesse constante ; c'est là la force qui entraîne le rotor. Ce champ induit un courant dans les conducteurs du rotor et le second champ magnétique ainsi créé entraîne le rotor en produisant du couple. Le rotor tourne un peu plus lentement que le champ tournant ; cet écart de vitesse s'appelle le glissement (slip) et il explique le nom « asynchrone » du moteur. Le glissement augmente généralement avec la charge et se situe à pleine charge dans une plage d'environ 2–5 %. À mesure que la charge augmente, le rotor prend un peu plus de retard, le courant induit s'élève et le moteur s'équilibre de lui-même de manière à fournir le couple demandé.

Relation entre vitesse et nombre de pôles

Sur un réseau à 50 Hz, la vitesse synchrone dépend du nombre de pôles : 2 pôles donnent 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min et 6 pôles 1000 tr/min. La vitesse réelle du rotor reste légèrement en dessous de ces valeurs à cause du glissement. La vitesse exigée par l'application détermine directement le choix des pôles :

  • 2 pôles (3000 tr/min) : applications de ventilateurs et de pompes à grande vitesse
  • 4 pôles (1500 tr/min) : entraînement général le plus répandu, convoyeurs et entraînement de machines
  • 6 pôles (1000 tr/min) : lignes de mélangeurs et de concasseurs exigeant un couple élevé
  • 8 pôles (750 tr/min) : entraînements spéciaux nécessitant une faible vitesse et un couple élevé

Comme la vitesse découle directement du nombre de pôles, atteindre la vitesse souhaitée avec le bon nombre de pôles plutôt qu'avec un réducteur offre un avantage tant en rendement qu'en simplicité mécanique.

La supériorité du rotor à cage d'écureuil

Le type le plus répandu est le rotor à cage d'écureuil ; comme il ne comporte ni balais ni bagues, il compte peu de pièces d'usure et sa maintenance est réduite. Les barres du rotor étant réunies par des anneaux de court-circuit, il est mécaniquement extrêmement solide et résiste aux conditions de l'industrie lourde. Lorsqu'un carter en fonte ou en aluminium, une isolation de classe F, une protection IP55 et un régime continu S1 sont réunis, on obtient un entraînement fiable et de longue durée de vie. Par rapport aux types à bagues et à rotor bobiné, sa fabrication est plus simple, son coût plus bas et sa probabilité de panne plus faible ; cela en fait l'option incontournable des applications industrielles standard.

Investissement supplémentaire et délai de retour d'un moteur asynchrone triphasé

La norme IEC 60034-30-1 classe les moteurs de IE1 à IE5 ; plus le chiffre augmente, plus les pertes diminuent. Sur un moteur asynchrone en fonctionnement continu, même un écart de rendement de 1–2 % se traduit au fil des années par une économie d'énergie importante. Par exemple, lorsqu'un moteur de 22 kW tourne 6000 heures par an, le passage de l'IE2 à l'IE3 procure un gain de plusieurs milliers de kilowattheures. C'est pourquoi choisir une classe de rendement élevée dans les applications à longues heures de fonctionnement permet de récupérer rapidement l'écart de prix d'achat. Pour effectuer le calcul de manière approximative, il suffit de multiplier la puissance du moteur, ses heures de fonctionnement annuelles et l'écart de rendement entre les deux classes ; en multipliant la valeur en kilowattheures obtenue par le prix unitaire de l'électricité, le gain annuel apparaît clairement.

Comportement d'amortissement des vibrations d'un moteur asynchrone triphasé

Parce qu'ils sont légers et évacuent rapidement la chaleur par leur surface, les moteurs à carter en aluminium se distinguent dans les travaux de puissance moyenne où le transport et le montage doivent être faciles. Le carter en fonte est en revanche plus lourd, absorbe mieux les vibrations et résiste davantage aux chocs mécaniques ; c'est pourquoi il se distingue dans les concasseurs, les compresseurs et les lignes de l'industrie lourde. Le bon choix de carter influence à la fois la durée de vie du moteur et la stabilité de fonctionnement. Sur les lignes où les vibrations sont intenses, le poids de la fonte n'est pas un inconvénient mais se transforme en avantage d'amortissement.

Attente standard pour les environnements poussiéreux et humides

L'indice de protection IP55 indique que le moteur est protégé contre la poussière et contre les projections d'eau venant de toutes les directions ; c'est l'attente standard pour les environnements poussiéreux et humides. L'isolation de classe F permet aux bobinages de résister jusqu'à 155 °C et offre ainsi un fonctionnement sûr à des températures ambiantes élevées. Le régime de service continu S1 signifie quant à lui que le moteur peut tourner sans interruption à pleine charge, et c'est le mode de fonctionnement le plus fréquemment rencontré dans l'industrie. Dans les applications à arrêts et démarrages fréquents, des régimes intermittents comme S3 sont en revanche envisagés ; la bonne classe de régime garantit que le moteur reste dans ses limites d'échauffement.

Type de fixation et flexibilité de montage

Les moteurs asynchrones sont proposés avec différentes formes de montage : le carter à pattes B3 se boulonne au sol ou sur un rail, la structure à bride B5 se raccorde directement à une pompe ou à un réducteur, et le type à face B14 s'utilise dans les espaces de montage étroits. Le bon type de fixation simplifie le montage en supprimant le besoin d'un adaptateur supplémentaire et réduit les erreurs d'alignement. Dans les liaisons à bride, l'alignement exact de l'axe de l'arbre avec l'arbre de la pompe améliore directement la durée de vie de l'accouplement et le niveau de vibrations.

De combien de fois le courant de démarrage augmente-t-il sur une cage d'écureuil

Les moteurs asynchrones à cage d'écureuil absorbent au moment du démarrage un courant de démarrage atteignant plusieurs fois le courant nominal. Alors qu'un démarrage direct suffit pour les faibles puissances, sur les moteurs de forte puissance on réduit le choc sur le réseau en utilisant un démarrage étoile-triangle ou un démarreur progressif (soft starter). Dans les applications fonctionnant avec un variateur de fréquence, le démarrage est en revanche contrôlé et progressif ; cela protège à la fois les organes mécaniques et le réseau. Le choix correct de la méthode de démarrage influence directement la durée de vie du moteur et de la machine raccordée.

Quand graisse-t-on les roulements d'un moteur asynchrone triphasé

Même si la maintenance d'un moteur asynchrone est simple, un suivi régulier réduit nettement le risque de panne. Les roulements sont la principale pièce qui s'use avec le temps ; en surveillant le bruit et le niveau de vibrations en fonctionnement, la fin de vie d'un roulement est repérée précocement et un arrêt non planifié est évité. La résistance d'isolement du bobinage peut être mesurée au mégohmmètre afin de suivre son affaiblissement dû à l'humidité ou au vieillissement. Maintenir les ailettes de refroidissement et le capot de ventilateur exempts de poussière préserve la capacité du moteur à évacuer la chaleur. Lorsque le serrage des bornes de raccordement est contrôlé périodiquement, on évite l'échauffement et la perte de phase provoqués par un contact desserré.

Quel couple un convoyeur exige-t-il au démarrage ?

Les moteurs asynchrones triphasés sont largement utilisés dans les pompes centrifuges, les ventilateurs axiaux et radiaux, les convoyeurs à bande, les compresseurs et les concasseurs. La caractéristique couple-vitesse de chaque application est différente : alors que les pompes et les ventilateurs exigent un couple variable, les convoyeurs et les concasseurs attendent un couple élevé au démarrage. Le choix du moteur selon cette caractéristique détermine à la fois le rendement et la stabilité de fonctionnement. Une mauvaise adéquation conduit soit à une surchauffe du moteur, soit à un gaspillage d'énergie par surdimensionnement.

Déterminer la configuration adaptée au besoin

La puissance, la vitesse, le type de fixation et la classe de rendement s'évaluent ensemble selon l'application ; si l'un d'eux est mal défini, il en résulte soit un gaspillage d'énergie, soit une panne prématurée. DRG Motor fournit, avec sa structure basée à İzmir, des moteurs asynchrones triphasés 400 V / 50 Hz dans la plage 0,55–355 kW, avec différentes options de pôles et de carter. Lorsque vous nous communiquez la charge de votre application, son besoin de vitesse et ses conditions de fonctionnement, la configuration qui correspond exactement au besoin est déterminée ensemble et l'investissement initial comme la dépense d'exploitation sont maintenus au point le plus favorable.