Types de moteurs électriques triphasés et asynchrones

La façon la plus directe de surveiller la température du bobinage consiste à y intégrer une sonde pendant la fabrication du moteur. Chez HEM Motor, la thermistance PTC et la sonde PT100 font partie des options de commande, avec la résistance anti-condensation. Placer la sonde en usine est bien plus pratique que de l'ajouter ensuite à un moteur déjà bobiné ; le besoin doit donc être indiqué dès la demande de devis.

Les deux sondes donnent des informations différentes. La PTC voit sa résistance augmenter brusquement à une température donnée et signale le dépassement de limite à un relais de protection. La PT100 mesure la température en continu ; la valeur peut s'afficher sur un indicateur ou dans un automate et être enregistrée comme tendance.

Une protection thermique qui mesure le courant ne voit pas la température réelle du bobinage. Une sonde fait la différence surtout dans ces cas :

• Armoire fermée, température ambiante élevée ou débit d'air restreint
• Démarrages fréquents ou démarrages lourds et longs
• Fonctionnement prolongé à basse vitesse sur variateur

Le raccordement de la sonde à un relais ou à un variateur, et son usage avec le relais thermique, sont expliqués dans les questions sur le raccordement et le démarrage du moteur.

La puissance étant le produit du couple par la vitesse, à puissance égale le couple augmente quand la vitesse baisse : T (Nm) = 9550 × P (kW) / n (tr/min). Avec plus de pôles, le moteur fournit la même puissance à vitesse plus faible et avec plus de couple.

Critères de choix :

• Vitesse de la machine : en accouplement direct, la vitesse du moteur doit être celle de la machine ; avec poulies ou réducteur, le rapport est établi en conséquence.
• Carcasse et coût : un moteur lent peut demander une carcasse plus grande pour la même puissance.
• Application : le catalogue privilégie 2 ou 4 pôles pour les pompes centrifuges et les compresseurs, 4 ou 6 pour les ventilateurs, 4, 6 ou 8 pour les convoyeurs, mélangeurs et concasseurs.

Un moteur rapide peut être ralenti par poulies ou réducteur ; la puissance reste la même et, quand la vitesse baisse d'un rapport, le couple augmente du même rapport (hors pertes). Toutes les valeurs par puissance et vitesse figurent dans le tableau des couples des moteurs électriques.

Le couple produit par un moteur asynchrone est à peu près proportionnel au carré de la tension. Lorsque la tension baisse de 10 pour cent, le couple disponible diminue d'environ 19 pour cent (0,9² ≈ 0,81). La charge restant la même, le moteur tente de compenser en tournant un peu moins vite, c'est-à-dire avec plus de glissement, et en absorbant plus de courant ; ce surplus de courant se retrouve sous forme de chaleur dans le bobinage.

Symptômes typiques :

• Le démarrage s'allonge et le relais thermique déclenche pendant le démarrage.
• Avec un démarrage en charge lourde (compresseur chargé, concasseur, convoyeur plein), le moteur peut ne pas atteindre sa vitesse nominale.
• En service continu, la carcasse est plus chaude que d'habitude et la durée de vie du bobinage diminue.

La chute de tension provient souvent non du réseau mais de l'installation elle-même : câble long et de section trop faible, borne desserrée, transformateur surchargé ou démarrage direct d'un gros moteur. Mesurez à vide et en charge, aux bornes du moteur ; si l'écart entre les deux valeurs est important, contrôlez d'abord le câble et les connexions. Notre tableau des courants de moteurs électriques aide à comparer le courant mesuré à la valeur nominale.

Le couple que voit le moteur au démarrage et en marche suit une courbe différente selon la machine. Le choix tient compte de cette courbe, pas seulement des kW.

Conséquences pratiques :

• Sur une pompe centrifuge, ouvrir davantage la vanne augmente le débit et la puissance absorbée ; le moteur est dimensionné pour le point de puissance maximale que la pompe peut atteindre.
• Les grands ventilateurs peuvent être peu chargés mais longs à démarrer ; indiquez l'inertie de la roue ou le temps de démarrage donné par le fabricant.
• Sur un convoyeur, le couple de démarrage du moteur (Ts/Tn dans le catalogue) doit suffire pour démarrer bande chargée.

Séries associées : moteurs électriques pour pompes, moteurs pour ventilateurs industriels et moteurs pour convoyeurs à bande.

En général oui, mais le variateur place le moteur ancien dans des conditions nouvelles : impulsions de tension rapides, refroidissement réduit à basse vitesse et possibles courants de palier. Un moteur qui a fonctionné des années sans problème sur le réseau peut révéler son point faible dans ces nouvelles conditions.

Avant de décider, vérifiez :

• Plaque : la tension et le couplage conviennent-ils à la sortie du variateur (230/400 V ou 400/690 V) ?
• Isolation : la résistance d'isolement du bobinage doit être mesurée ; pour un moteur rebobiné, le matériau utilisé peut être inconnu.
• Câble et filtre : sur un moteur à l'isolation incertaine, le filtre dv/dt ou sinus prend encore plus d'importance.
• Plage de vitesse : en cas de fonctionnement prolongé à basse vitesse, le ventilateur existant suffit-il ?
• Roulements : état de bruit et de vibrations ; mesures contre les courants de palier sur les grandes carcasses.

Si l'état du moteur est incertain ou si les mesures supplémentaires coûtent cher, un moteur neuf configuré pour le fonctionnement sur variateur peut être plus économique. Vous pouvez obtenir la proposition d'un modèle équivalent en envoyant une photo de la plaque du moteur actuel.

La perte de phase est l'un des défauts qui détruisent le plus vite un moteur triphasé. Si une phase disparaît pendant la marche, le rotor continue de tourner et, vu de l'extérieur, tout peut sembler normal ; mais comme la même puissance mécanique doit désormais être prélevée sur deux phases, le courant dans ces phases dépasse nettement la valeur nominale. Dans un moteur couplé en triangle, la répartition du courant entre les enroulements est en outre déséquilibrée et certains chauffent beaucoup plus que d'autres.

Si une phase manque alors que le moteur est à l'arrêt, aucun champ tournant ne se forme : le moteur ronfle, ne démarre pas et absorbe un courant proche du courant à rotor bloqué. Un échauffement important commence en quelques secondes.

Causes fréquentes : un seul fusible fondu, un contact de contacteur brûlé, une borne ou une cosse desserrée, une rallonge endommagée. Pour s'en protéger :

• Utilisez un disjoncteur-moteur ou un relais thermique sensible à la perte de phase.
• Dans les installations critiques, ajoutez en plus un relais de contrôle d'ordre et de perte de phases.
• Sur les départs à fusibles, prévoyez une coupure complète de l'alimentation du moteur lorsqu'un seul fusible fond.

Pour le choix des appareils de protection, consultez notre article sur le choix du relais thermique et des fusibles.

Le courant de palier est la décharge, à travers le roulement vers la carcasse, de la tension d'arbre créée par le variateur. La somme des trois tensions de phase en sortie du variateur n'est pas nulle à chaque instant ; cet écart, appelé tension de mode commun, est transmis à l'arbre par les capacités internes du moteur. Lorsque la tension d'arbre atteint un certain niveau, elle traverse le film lubrifiant du roulement et chaque décharge laisse une trace microscopique sur la bille et le chemin.

Avec le temps, des stries régulières semblables à une planche à laver apparaissent sur le chemin de roulement. Les signes sont un bruit de roulement croissant, des vibrations et une graisse noircie. La panne ressemblant à un problème mécanique, sa vraie cause peut passer inaperçue.

Mesures possibles :

• Roulement isolé : généralement d'un côté, pour couper le chemin du courant qui circule par le roulement.
• Mise à la terre de l'arbre : l'arbre est relié à la carcasse par un balai ou un anneau ; le courant est dévié hors du roulement.
• Câblage correct : câble moteur symétrique et blindé, blindage raccordé sur une large surface aux deux extrémités.
• Filtre : les filtres sinus ou de mode commun adoucissent les impulsions de tension.

Le catalogue HEM indique que les grandes carcasses peuvent nécessiter un roulement isolé ou une mise à la terre de l'arbre. La taille de carcasse à partir de laquelle c'est nécessaire s'évalue selon l'application ; l'utilisation sur variateur et les données de câble doivent donc être indiquées à la commande. Pour l'entretien des roulements et le suivi du bruit, voir le guide questions sur l'entretien et l'échauffement du moteur.

Les trois utilisent des étages d'engrenages hélicoïdaux ; ce qui les distingue, c'est l'emplacement de l'arbre de sortie par rapport au moteur et la façon dont le réducteur est fixé à la machine. Ce choix découle le plus souvent de l'implantation de la machine.

Selon les tableaux des pages produits, la plage de rapports typique des séries M-HEM et HF va d'environ 3,5 à 290 selon la taille. On fixe d'abord le sens de sortie et le montage, puis on choisit la taille selon le couple requis. Détails : réducteurs hélicoïdaux à pattes M-HEM et réducteurs à arbres parallèles HF.

En milieu humide, les problèmes apparaissent surtout pendant les arrêts plutôt qu'en fonctionnement. Un moteur en marche reste sec grâce à sa propre chaleur ; à l'arrêt, la carcasse refroidit, l'air humide intérieur se condense sur les surfaces froides et dépose de l'eau sur le bobinage et les roulements. Dans les sites qui s'arrêtent la nuit, ferment le week-end ou travaillent par saison, ce cycle se répète et la résistance d'isolement baisse avec le temps.

Le catalogue recommande :

• Sur les sites humides, envisagez l'option résistance anti-condensation ; elle maintient le bobinage légèrement au-dessus de la température ambiante moteur arrêté. Elle se demande à la commande.
• Mesurez la résistance d'isolement avant de redémarrer après un long arrêt.
• Vérifiez que le couvercle de la boîte à bornes, son joint et le presse-étoupe sont bien serrés.

IP55 protège contre les jets d'eau extérieurs ; il n'empêche pas la condensation intérieure. Pour les sites côtiers et l'air salin, voir moteurs fonte en atmosphère saline, et pour les longs arrêts, stockage du moteur et humidité.

La valeur en kW des catalogues de variateurs est une indication approximative qui suppose un moteur type. Ce qui limite réellement un variateur, c'est le courant de sortie permanent qu'il peut fournir et sa capacité de surcharge de courte durée. Deux moteurs de même puissance peuvent avoir des courants différents selon le nombre de pôles et le rendement.

Critères à considérer ensemble :

Par exemple, le moteur 7,5 kW 132M-4 a un courant nominal de 14,3 A sous 400 V ; le courant permanent du variateur choisi ne doit pas être inférieur. Pour les courants des autres puissances et vitesses, le tableau des courants des moteurs électriques peut servir. Le choix définitif du variateur se fait avec le catalogue de son fabricant et les données de l'application.