Les moteurs de classe IE5 représentent le palier de rendement le plus élevé à ce jour de la norme IEC 60034-30-1 et visent un niveau de pertes que les machines asynchrones classiques ne peuvent atteindre. Comme, dans les systèmes d'entraînement fonctionnant en continu, la plus grande partie de la facture d'électricité est dépensée dans le moteur, chaque marche gravie dans la classe de rendement trouve sa contrepartie directe dans le coût d'exploitation annuel. En tant que DRG MOTOR, nous fournissons les solutions de classe IE5 par notre réseau d'approvisionnement basé à İzmir ; dans cet article, nous abordons l'origine de cette technologie, les charges pour lesquelles elle est pertinente et les points à examiner lors du choix.

Les classes de rendement et la place de l'IE5 dans l'IEC 60034-30-1

La norme internationale classe les moteurs basse tension en IE1 (Standard), IE2 (Élevé), IE3 (Premium), IE4 (Super Premium) et IE5 (Ultra Premium). Chaque palier impose une réduction des pertes d'environ 15 à 20 pour cent par rapport au précédent. Alors que l'IE3 constitue aujourd'hui dans de nombreux pays la limite légale inférieure pour les moteurs de plus de 0,75 kW, l'IE5 reste encore un objectif volontaire et est généralement privilégié pour des applications particulières. Sur un moteur de 7,5 kW à 4 pôles, le rendement IE3 est d'environ 90 pour cent, tandis qu'en classe IE5 cette valeur dépasse 93 pour cent ; même si l'écart paraît faible, il représente une économie d'énergie notable sur un moteur qui tourne sans arrêt toute l'année.

Les éléments de conception qui rendent possible le rendement IE5

Sur un moteur asynchrone, la plus grande partie des pertes totales se compose des pertes cuivre du bobinage statorique, des pertes rotoriques, des pertes fer (noyau) et des pertes par frottement et ventilation. Pour atteindre le niveau IE5, une amélioration est apportée à chacun de ces postes.

  • Les pertes fer sont réduites par l'utilisation de tôles électriques siliciées minces et à faibles pertes.
  • La perte cuivre est abaissée en augmentant le taux de remplissage des encoches du bobinage ; sur certaines conceptions, on préfère des barres rotoriques en cuivre plutôt qu'en aluminium.
  • Sur une partie des moteurs IE5, la perte rotorique est ramenée presque à zéro en utilisant, à la place du rotor à cage d'écureuil, une architecture de rotor à aimants permanents ou à réluctance synchrone.
  • Les pertes par frottement et ventilation sont réduites grâce à un choix optimisé de ventilateur et de roulements.

La différence entre l'asynchrone à cage d'écureuil et l'architecture synchrone

Les moteurs IE1-IE3 traditionnels fonctionnent avec un rotor à cage d'écureuil ; le rotor tourne un peu en retard du champ tournant, et ce glissement (slip) induit un courant dans le rotor et produit ainsi le couple. Le glissement engendre inévitablement une perte rotorique. Dans la structure à aimants permanents synchrone (PMSM) ou à réluctance synchrone, fréquemment rencontrée en IE5, le rotor tourne à la même vitesse que le champ tournant ; comme il n'y a pas de glissement, la perte rotorique disparaît en grande partie. Si cette architecture procure un rendement élevé, elle exige le plus souvent de fonctionner avec un variateur de fréquence ; l'usage classique en raccordement direct au réseau n'est pas toujours possible.

Nombre de pôles, vitesse et plage de puissance

La vitesse du moteur est déterminée par le nombre de pôles et la fréquence du réseau. Sur un réseau 400 V / 50 Hz, un moteur à 2 pôles tourne à une vitesse synchrone d'environ 3000 tr/min, un moteur à 4 pôles à 1500 tr/min et un moteur à 6 pôles à 1000 tr/min ; en type asynchrone, la vitesse réelle est inférieure de la valeur du glissement. Les moteurs IE5 sont typiquement proposés dans des puissances comprises entre 0,55 kW et quelques centaines de kW. Lorsque l'on choisit le nombre de pôles répondant à la vitesse et au couple exigés par l'application, aucun réducteur ni poulie supplémentaire n'est nécessaire.

Faut-il un régime S1 ou un régime S3-S6 ?

En milieu industriel, la tenue thermique du moteur est prise en compte autant que sa résistance aux agressions extérieures. En structure standard, l'indice de protection IP55 assure une protection contre la poussière et les projections d'eau ; dans les environnements poussiéreux ou humides, cette valeur répond aux attentes. Pour l'isolation du bobinage, la classe F (155 °C) est répandue et elle est généralement exploitée avec une élévation de température de classe B, ce qui prolonge la durée de vie de l'isolation. Pour les applications tournant sous charge continue, on retient le régime de service S1 ; dans les procédés à arrêts-démarrages fréquents ou à charge variable, des régimes comme S3-S6 sont envisagés.

Choisissez le raccordement selon l'appariement pompe, ventilateur ou réducteur

Comme matériau de carter, la fonte se distingue dans les applications d'industrie lourde exigeant une grande résistance mécanique et l'amortissement des vibrations, tandis que le carter en aluminium, par sa légèreté, offre un avantage dans les applications transportables et de plus faible puissance. Comme mode de montage, il existe des raccordements à pattes B3, à bride B5 et à petite bride B14 ; le bon type de raccordement est choisi selon l'appariement avec la pompe, le ventilateur ou le réducteur. Lorsque le type de raccordement est mal déterminé, une adaptation supplémentaire peut être nécessaire sur le terrain, ce qui engendre une perte de coût et de temps.

Dans quelles applications l'IE5 est pertinent

Le surcoût de la classe IE5 s'apprécie au regard de la durée de fonctionnement annuelle du moteur. Dans les applications à fort taux d'utilisation comme celles ci-dessous, l'économie issue du rendement se met en avant.

  • Stations de pompage d'eau et d'eaux usées fonctionnant en continu
  • Ventilateurs de ventilation et de procédé
  • Systèmes d'entraînement de bandes et de convoyeurs
  • Entraînements de compresseurs à vis
  • Moteurs de machines-outils et de lignes fonctionnant avec un variateur de vitesse

Sur un moteur qui ne fonctionne que quelques heures par jour ou qui est mis en service très rarement, la classe IE3 est en revanche le plus souvent un choix plus équilibré. Pour décider, il faut se fonder sur le profil de charge réel du moteur et sur ses heures de fonctionnement annuelles ; pour une comparaison détaillée des classes de rendement, notre contenu sur les moteurs électriques IE3 sert également de guide.

Calcul énergétique annuel

Supposons qu'un moteur de 30 kW fonctionne 6000 heures par an et tourne avec un rendement de 92,7 pour cent en classe IE3 et de 94,2 pour cent en classe IE5. La puissance appelée au réseau s'obtient en divisant la puissance à l'arbre par le rendement. On appelle environ 32,36 kW en IE3 et 31,85 kW en IE5 ; l'écart d'un demi-kilowatt entre les deux correspond à environ 3000 kWh d'énergie sur 6000 heures. Selon le prix unitaire de l'électricité, il s'agit d'un gain concret qui se répercute directement sur la facture et qui s'amplifie tout au long de la vie du moteur. C'est pourquoi, sur les charges à nombre d'heures de fonctionnement élevé, l'écart de rendement compense avec le temps l'écart de coût d'achat.

Appariement avec le variateur et notes de mise en service

Comme les moteurs IE5 d'architecture synchrone fonctionnent le plus souvent avec un variateur de fréquence, les paramètres du variateur doivent être réglés conformément au moteur lors de la mise en service. Si le courant nominal, la tension, la fréquence et l'information de pôles figurant sur la plaque du moteur ne sont pas correctement saisis dans le variateur, le rendement et le couple peuvent rester en dessous des attentes. Dans les applications avec variateur, le bobinage étant soumis aux tensions de commutation, une isolation renforcée et des mesures adaptées contre les courants de roulement revêtent de l'importance. Un système IE5 correctement mis en service offre à la fois un rendement élevé et un comportement de démarrage progressif ; cela prolonge aussi la durée de vie des composants mécaniques.

Préserver le rendement par l'entretien et la surveillance

Le fait qu'un moteur à haut rendement conserve ses performances dans le temps dépend d'un entretien régulier. Des canaux de refroidissement obstrués, un capot de ventilateur encrassé ou des roulements dont la graisse est dégradée font tomber le rendement réel du moteur en dessous de la valeur de plaque. La surveillance périodique de la température du bobinage et des vibrations prévient les pannes et permet de détecter tôt la perte de rendement. Le desserrage des raccordements aux bornes provoquant un échauffement local et une perte supplémentaire, le serrage des connexions doit également figurer sur la liste de contrôle. La pérennité de l'économie apportée par l'investissement IE5 passe par ces étapes d'entretien simples mais régulières.

Comment procéder avec DRG pour l'approvisionnement en IE5

En tant que DRG MOTOR, nous fournissons les moteurs de classe IE5 et des autres classes de rendement en partageant les informations techniques nécessaires pour que vous les choisissiez en fonction du profil de charge de l'application. Nous vous orientons sur le bon nombre de pôles, le type de carter, l'indice de protection et, si nécessaire, l'appariement avec un variateur adapté. Pour examiner la large gamme de produits et les autres types de moteurs, vous pouvez nous contacter via drgmotor.com ; dès que vous avez précisé votre besoin, nous proposons rapidement la solution appropriée.