Dans l'industrie lourde, la réussite d'un système d'entraînement est le plus souvent déterminée par la force que le moteur développe à l'instant du démarrage. Lorsqu'un convoyeur démarre en charge, qu'un concasseur est immobilisé chargé de pierres ou qu'un malaxeur tente de mettre en mouvement une pâte dense, le moteur doit produire une force de rotation suffisante même à faible vitesse. Les moteurs à couple élevé répondent exactement à ce besoin ; même à puissance nominale égale, ils mettent en mouvement des charges lourdes sans à-coups grâce à leurs courbes vitesse-couple.

Qu'est-ce que le couple et pourquoi passe-t-il avant la vitesse

Le couple est la force de rotation appliquée par l'arbre du moteur et son unité s'exprime en Newton-mètre (Nm). Il existe un lien direct entre la puissance d'un moteur (kW) et son couple : de deux moteurs de même puissance, celui dont la vitesse est plus basse produit un couple plus élevé. Par exemple, un moteur d'une puissance de 22 kW fournit environ 140 Nm à 1500 tr/min, tandis que la même puissance à 750 tr/min représente un couple d'environ 280 Nm. C'est pourquoi, dans les applications où l'inertie de la charge est importante, la priorité n'est pas la vitesse élevée mais le couple élevé.

La distinction entre couple de démarrage (starting torque) et couple de décrochage (pull-out torque) prend également son importance ici. Sur les moteurs asynchrones à cage d'écureuil, le couple de démarrage peut atteindre 1,8 à 2,5 fois le couple nominal, et le couple de décrochage 2 à 3 fois. Des valeurs élevées permettent au moteur de continuer à fonctionner sans s'arrêter lors d'augmentations soudaines de charge.

Lire la courbe vitesse-couple

Le moyen le plus sûr de comprendre le comportement d'un moteur asynchrone est de suivre la courbe vitesse-couple. Lorsque le moteur démarre depuis l'arrêt, la courbe part du couple de démarrage, baisse légèrement d'abord à mesure que la vitesse augmente, atteint ensuite le point culminant appelé couple de décrochage, puis redescend jusqu'au point de fonctionnement nominal. Sur un moteur à couple élevé, ce point culminant étant plus haut, le moteur ne décroche pas et ne s'arrête pas lorsque la charge augmente brusquement ; il ralentit seulement un peu et rétablit l'équilibre. Lorsqu'un gros bloc tombe dans le concasseur ou qu'une charge supplémentaire s'ajoute sur le convoyeur, cette réserve est l'élément qui empêche l'arrêt de la ligne.

Faible vitesse, couple élevé : le rôle du nombre de pôles

Sur un moteur asynchrone, la vitesse synchrone est déterminée par la fréquence du réseau et le nombre de pôles. Sur un réseau à 50 Hz, un moteur à 2 pôles tourne à la vitesse synchrone de 3000 tr/min, à 4 pôles 1500 tr/min, à 6 pôles 1000 tr/min et à 8 pôles 750 tr/min. En charge, en raison du glissement (slip), la vitesse réelle se situe légèrement en dessous de ces valeurs.

  • 2 pôles / 3000 tr/min : applications à faible couple et vitesse élevée comme les pompes et les ventilateurs rapides
  • 4 pôles / 1500 tr/min : le choix polyvalent le plus répandu, profil couple-vitesse équilibré
  • 6 pôles / 1000 tr/min : demande de couple accrue sur les convoyeurs et les malaxeurs
  • 8 pôles / 750 tr/min : couple élevé sur les concasseurs, broyeurs et entraînements lourds à réducteur

Multiplication du couple par réducteur

Dans certaines applications, la charge tourne si difficilement que le couple direct du moteur ne suffit pas. Dans ce cas, le moteur est relié à la charge par l'intermédiaire d'un réducteur ; le réducteur diminue la vitesse tout en multipliant le couple dans la même proportion. Par exemple, un réducteur de rapport 1:20 multiplie par vingt le couple à l'arbre du moteur et divise par vingt la vitesse de sortie. L'association d'un moteur à couple élevé avec un réducteur rend possible un démarrage sans à-coups sur des systèmes tels que broyeurs, granulateurs et malaxeurs lourds. Ici, le couple de démarrage du moteur est choisi suffisamment élevé pour mettre en mouvement la charge en sortie du réducteur ; sinon le système peine au démarrage.

L'avantage du carter en fonte sous charge lourde

Sur les moteurs à couple élevé, le matériau du carter est l'un des éléments déterminants de la robustesse. Le carter en fonte amortit les vibrations apparaissant en fonctionnement, absorbe les chocs mécaniques et évacue la chaleur vers la surface extérieure, empêchant ainsi la surchauffe de la zone des roulements. Bien que le carter en aluminium soit plus léger et plus économique, la rigidité mécanique de la fonte est préférée sous couple élevé et charge lourde continue. Pour les détails techniques des solutions à carter en fonte, vous pouvez consulter notre contenu moteurs électriques en fonte.

Association des classes de rendement et du couple élevé

Utiliser l'énergie efficacement tout en produisant un couple élevé influence directement le coût d'exploitation. La norme IEC 60034-30-1 répartit les moteurs en classes de rendement de IE1 à IE5 ; les classes IE3 (Premium) et IE4 (Super Premium) sont les niveaux reconnus dans l'industrie lourde. Si l'on considère qu'un moteur à couple élevé fonctionne 16 heures par jour et 6000 heures par an, même une hausse de rendement de quelques points obtenue par le passage de IE2 à IE3 se traduit par une économie annuelle de plusieurs milliers de kilowattheures. Pour les détails de la classe IE3, notre article moteurs électriques IE3 vous guide.

Caractéristiques techniques

  • Plage de puissance : 0,55 kW - 355 kW
  • Classes de rendement : IE3, IE4, IE5
  • Options de vitesse : 750 / 1000 / 1500 / 3000 tr/min
  • Carter : la fonte est préférée sur les lignes de concassage poussiéreuses ; le carter en aluminium suffit sur les entraînements légers de faible puissance
  • Indice de protection : IP55
  • Classe d'isolation : F (155 °C)
  • Régime de fonctionnement : S1 fonctionnement continu
  • Types de fixation : à pattes B3, à bride B5, à face B14
  • Réseau : 400 V / 50 Hz

Isolation, protection et tenue thermique

Sur un moteur travaillant sous charge lourde, la température du bobinage monte rapidement. L'isolation de classe F assure un fonctionnement sûr jusqu'à une température de bobinage de 155 °C ; cela préserve la durée de vie du moteur en conditions estivales ou à pleine charge prolongée. L'indice de protection IP55 offre une protection contre la pénétration de poussière et les projections d'eau venant de toutes les directions ; cela rend possible un fonctionnement ininterrompu dans les environnements poussiéreux comme les installations de concassage, de criblage et de granulats. Le régime de fonctionnement continu S1 signifie que le moteur peut atteindre son équilibre thermique à la charge nominale et fonctionner sans limite de durée.

Dans quelles applications un couple élevé est indispensable

Le domaine d'utilisation naturel des moteurs à couple élevé est constitué des systèmes où l'inertie de la charge est importante et les conditions de démarrage difficiles :

  • Installations de concassage, de criblage et de granulats
  • Systèmes de bandes transporteuses longues et chargées
  • Lignes de traitement du ciment, de la mine et des matières premières
  • Malaxeurs, mélangeurs et pétrins industriels
  • Compresseurs à vis et à pistons
  • Systèmes de broyage et de granulation à réducteur

Une démarche pratique pour le bon choix de couple

Lors du choix d'un moteur à couple élevé, il ne suffit pas de regarder la seule valeur de puissance. Le couple nominal exigé par la machine à entraîner, la demande de couple maximale à l'instant du démarrage et la durée de fonctionnement quotidienne sont évalués conjointement. Si le profil de charge est en permanence à pleine charge, le régime S1 et une classe de rendement élevée s'imposent ; s'il y a une charge soudaine au démarrage, un moteur à couple de démarrage élevé se distingue. Avec notre réseau d'approvisionnement basé à İzmir, nous fournissons des moteurs à couple élevé dans la plage 0,55-355 kW, avec les options de vitesse et de fixation adaptées à votre application. Lorsque vous nous communiquez la puissance de votre projet et le type de machine à entraîner, nous pouvons déterminer ensemble la combinaison couple-vitesse la plus appropriée. Pour davantage de modèles et de contenus techniques, vous pouvez visiter la page DRG Motor.