Remplacer un moteur CC par un moteur asynchrone : guide moteur et variateur

Oui, un moteur asynchrone triphasé peut remplacer un moteur à courant continu ; mais le travail du moteur CC est repris non par le moteur seul, mais par le couple moteur asynchrone + variateur de fréquence à commande vectorielle. Le bon appariement se fait non sur la puissance du moteur CC mais sur le couple et la plage de vitesse demandés : le couple se calcule par T = 9550 × P / n et le moteur asynchrone est choisi pour fournir ce couple à la vitesse de base. Si le couple plein est nécessaire à très basse vitesse, on ajoute un codeur ; en cas de fonctionnement prolongé à basse vitesse, une ventilation forcée.

La dépose de l’ancien variateur CC et le raccordement du nouveau variateur et du câble moteur sont des travaux sous tension ; ils doivent être confiés à un électricien habilité, après consignation et verrouillage. Une fois le modèle trouvé par le calcul, vous pouvez voir les options parmi les 120 de notre page Acheter un moteur électrique en ligne.

La comparaison générale des deux types se trouve dans notre article moteur AC ou DC : le bon choix selon l’application. Ici, il s’agit de ce qu’il faut apparier, et comment, quand on dépose le moteur CC d’une machine en service pour poser un moteur asynchrone.

Quel travail faisait le moteur CC sur cette machine ?

Les moteurs CC à excitation shunt ou séparée ont été choisis pour les extrudeuses, enrouleurs-dérouleurs, calandres, laminoirs, machines d’impression, bancs d’essai et anciens ascenseurs pour deux qualités : une large plage de vitesse et le couple plein à basse vitesse. En augmentant la tension d’induit, la vitesse monte jusqu’à la vitesse de base, à couple constant. Au-delà, on réduit le courant d’excitation : la puissance reste constante et le couple diminue.

Les raisons qui imposent l’échange aujourd’hui sont connues : usure du collecteur et des balais, poussière de balais, coût d’entretien du collecteur, difficulté à trouver un induit de rechange et disparition des cartes de rechange des anciens variateurs CC analogiques. Le moteur asynchrone à cage n’a ni balais ni collecteur ; l’entretien se limite aux roulements et au nettoyage.

Les 3 erreurs les plus fréquentes

• Ne regarder que les kW. Monter un moteur asynchrone de 15 kW à 3000 tr/min à la place d’un moteur CC de 15 kW à 1500 tr/min divise le couple par deux à basse vitesse. L’appariement se fait sur le couple.
• Utiliser un variateur V/f ordinaire. En dessous de quelques hertz, la commande V/f ne donne pas le couple plein. Pour faire ce que faisait le moteur CC à basse vitesse, il faut une commande vectorielle (en boucle fermée avec codeur si nécessaire) ; la différence est expliquée dans commande V/f et vectorielle.
• Oublier le refroidissement. Les gros moteurs CC ont souvent une ventilation séparée ; le ventilateur d’un moteur asynchrone est calé sur l’arbre. En cas de fonctionnement long près du couple nominal à basse vitesse, la ventilation forcée est indispensable.

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Comment apparier puissance et couple ?

Relevez trois valeurs sur la plaque du moteur CC : la puissance (kW), la vitesse de base (vitesse à tension d’induit nominale) et, si elle existe, la vitesse maximale (en défluxage). Le couple requis vaut T = 9550 × P / n. Le moteur asynchrone est choisi dans la vitesse synchrone la plus proche de la vitesse de base (1500 ou 1000 tr/min), avec un couple nominal égal ou supérieur à cette valeur.

Sur chaque ligne, le couple nominal du modèle DRG est légèrement supérieur au couple du moteur CC à la vitesse de base. Par exemple, un moteur CC de 15 kW à 1500 tr/min donne 9550 × 15 / 1500 ≈ 95,5 Nm ; le DRG-160L-4 y répond avec 97,8 Nm de couple nominal, 1465 tr/min de vitesse nominale et 27,3 A sous 400 V.

Le DRG-160M2-2, 2 pôles de même puissance, ne donne que 48,6 Nm : pour tourner à 1500 tr/min, le variateur le ramène à mi-fréquence et il ne fournit que la moitié du couple nécessaire. Le nombre de pôles doit suivre la vitesse de base du moteur CC.

Le moteur suffit-il aux deux extrémités de la plage de vitesse ?

Au-dessus de la vitesse de base : la zone de défluxage

Si le moteur CC monte au-delà de 1500 tr/min par défluxage, par exemple à 2200 tr/min, la puissance reste constante dans cette zone et le couple requis tombe à 9550 × 15 / 2200 ≈ 65,1 Nm. Le moteur asynchrone se comporte de façon semblable au-delà de 50 Hz : le couple disponible baisse environ selon 50/f. Un moteur 4 pôles tourne vers 75 Hz pour 2200 tr/min ; le couple disponible vaut 97,8 × 50 / 75 ≈ 65,2 Nm. Résultat : dans cet exemple, le moteur 4 pôles est juste à la limite. Pour davantage de vitesse, on prend la puissance au-dessus ou on modifie le rapport mécanique (poulie) ; la limite de vitesse des roulements et du rotor doit toujours être confirmée par le fabricant.

Vous pouvez tester la relation fréquence, vitesse et couple avec vos propres valeurs dans le calculateur VFD fréquence, couple et puissance.

Couple à très basse vitesse : codeur et ventilation forcée

Les extrudeuses ou enrouleurs demandent le couple plein même à des vitesses très basses comme 100 tr/min, soit environ 3,3 Hz pour un moteur 4 pôles. La commande vectorielle sans capteur descend dans cette zone dans de nombreuses applications ; mais le maintien du couple à vitesse nulle, le positionnement ou une vitesse précise exigent une boucle fermée avec codeur. Le codeur se monte généralement à l’arrière du moteur par un adaptateur : renseignez-vous sur le montage du codeur et de la ventilation forcée avant de commander.

À basse vitesse, le couple reste constant, donc le courant reste proche du nominal, mais le ventilateur calé sur l’arbre tourne lentement. À 100 tr/min, 95,5 Nm ne donnent à l’arbre que 95,5 × 100 / 9550 ≈ 1 kW, alors que la chaleur dans le moteur reste proche de celle de la charge nominale. Si ce régime dure, il faut une ventilation forcée à alimentation séparée sur le capot arrière et une surveillance de la température du bobinage par sondes PTC.

Qu’est-ce qui change côté variateur, câblage et freinage ?

• Le variateur CC (pont à thyristors) est déposé et remplacé par un variateur vectoriel adapté au courant du moteur. Pour l’exemple de 15 kW, le courant de sortie du variateur ne doit pas être inférieur à 27,3 A.
• À la place des deux câbles d’induit et des deux câbles d’excitation, on tire un câble moteur blindé 3 phases + PE ; sa section se vérifie pour le nouveau courant avec le calculateur de section de câble moteur.
• Le retour par dynamo tachymétrique est remplacé par un codeur ; la consigne de vitesse (0–10 V ou 4–20 mA) passe sur l’entrée analogique du variateur.
• Si le variateur CC fonctionnait en 4 quadrants et renvoyait l’énergie au réseau (enrouleurs, ascenseurs, arrêts rapides), on ajoute au variateur une résistance de freinage ou un module régénératif ; voir freinage dynamique et résistance de freinage.
• Un moteur 400/690 V se couple en triangle (Δ) sur un variateur 400 V.

Différences de montage mécanique

Les cotes d’un moteur CC ne sont souvent pas celles d’un moteur asynchrone IEC : hauteur d’axe, diamètre d’arbre, bride et trous de pattes peuvent différer, et le moteur CC est généralement plus long qu’un moteur asynchrone de même puissance. Relevez donc sur l’ancien moteur la hauteur d’axe H, l’arbre D × E, l’entraxe des pattes ou la bride, puis comparez-les au nouveau modèle. Valeurs du modèle d’exemple :

• Puissance: 15 kW
• Vitesse nominale: 1465 tr/min
• Carcasse: 160L fonte
• Courant 400 V: 27,3 A
• cos φ: 0,86
• Couple nominal: 97,8 Nm
• Arbre D × E: 42 × 110 mm
• Hauteur d’axe H: 160 mm

En cas d’écart, la solution est généralement une plaque d’adaptation, une bride intermédiaire ou un nouvel accouplement. Les cotes de toutes les carcasses figurent sur la page dessins techniques DRG.

Liste de contrôle de l’échange

• Puissance, tension et courant d’induit, tension d’excitation, vitesse de base et vitesse maximale de la plaque CC sont photographiés.
• Les vitesses de service mini et maxi de la machine et le couple requis à ces vitesses sont notés.
• Le couple requis est calculé par T = 9550 × P / n ; le nombre de pôles est choisi d’après la vitesse de base.
• La durée quotidienne à basse vitesse est connue ; ventilation forcée et PTC décidées.
• Le besoin de codeur (couple à vitesse nulle, positionnement, vitesse précise) est clarifié.
• Les besoins de freinage et de renvoi réseau sont notés ; résistance ou module régénératif prévu.
• Les cotes H, D × E, pattes et bride sont comparées ; adaptateur et accouplement identifiés.
• La dépose de l’ancien variateur CC et le nouveau raccordement sont confiés à un électricien habilité.

Côté achat, quelques points suffisent : DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques ; les références suivent le format DRG-carcasse-pôles (ex. DRG-160L-4). Les moteurs DRG MOTOR sont garantis 2 ans à compter de la date de livraison contre les défauts de matériau et de fabrication (certificat de garantie). Le transport est assuré par des transporteurs ou messageries partenaires et reste à la charge de l’acheteur ; détails sur la page conditions de vente, livraison et retour. Des campagnes de paiement échelonné peuvent être proposées avec Halköde ; écrivez-nous sur WhatsApp pour l’option en cours (modes de paiement).

Moteurs DRG à envisager à la place d’un moteur CC

• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte
• DRG-200L-4 – 30 kW – 1475 tr/min – 200L fonte
• DRG-200L2-6 – 22 kW – 980 tr/min – 200L fonte
• DRG-160M2-2 – 15 kW – 2945 tr/min – 160M fonte

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Questions fréquentes

Quel moteur AC pour remplacer un moteur CC ?

Un moteur asynchrone triphasé qui fournit le couple à la vitesse de base, dans la vitesse synchrone la plus proche de celle-ci, associé à un variateur vectoriel. Pour un moteur CC de 15 kW à 1500 tr/min, un moteur 4 pôles de 15 kW (97,8 Nm) convient.

Le variateur du moteur CC peut-il alimenter un moteur asynchrone ?

Non. Un variateur CC fournit une tension continue ; le moteur asynchrone a besoin d’un variateur de fréquence délivrant une tension triphasée à fréquence variable.

Un moteur asynchrone donne-t-il autant de couple qu’un moteur CC à basse vitesse ?

Avec un variateur vectoriel, oui ; pour le couple plein près de la vitesse nulle et une vitesse précise, on utilise une boucle fermée avec codeur. Un fonctionnement prolongé à basse vitesse demande une ventilation forcée.

Passer du moteur CC au moteur AC réduit-il l’entretien ?

Oui ; le moteur asynchrone à cage n’a ni collecteur ni balais, ce qui supprime le changement de balais, la rectification du collecteur et le nettoyage de la poussière de balais.

Pour préciser le modèle ensemble, envoyez une photo de l’ancienne plaque et vos mesures par WhatsApp au +90 (542) 666 11 11 ou à [email protected] ; les autres canaux figurent sur notre page contact. Pour les prix actuels de tous les modèles, consultez Acheter un moteur électrique en ligne.