Moteurs électriques 3000 tr/min

Les moteurs électriques 3000 tr/min sont des moteurs asynchrones triphasés dont l'enroulement statorique est réalisé en 2 pôles, c'est-à-dire avec une seule paire de pôles. Sur un réseau 50 Hz, le champ magnétique tournant effectue 3000 tours par minute ; en charge, l'arbre tourne un peu moins vite. Dans ce groupe, HEM Motor propose des modèles couvrant des puissances de 0,25 kW à 355 kW. Tous sont protégés IP55, isolés en classe F et figurent dans la liste en construction standard B3 à pattes. Le plus rapide des trois groupes de vitesse, ces moteurs fournissent le couple le plus faible à puissance égale ; le choix commence donc souvent par une question : la machine a-t-elle besoin de vitesse ou de force ?

Une seule paire de pôles : le champ tournant le plus rapide que donne le réseau

Le premier facteur qui fixe la vitesse de l'arbre d'un moteur asynchrone est le nombre de pôles. Plus l'enroulement forme de pôles, moins le champ tournant parcourt de chemin pendant un cycle électrique. Avec un enroulement à deux pôles, le champ accomplit un tour complet à chaque cycle. Le calcul est 120 × fréquence / nombre de pôles : 120 × 50 / 2 = 3000 tr/min de vitesse synchrone. Avec quatre pôles cette valeur est divisée par deux, avec six pôles par trois.

Concrètement, la vitesse la plus élevée que l'on peut tirer d'un moteur asynchrone sur le même réseau, sans poulies ni engrenages intermédiaires, se trouve dans ce groupe. Si une vitesse d'arbre plus élevée est nécessaire, on fait appel à un rapport de poulies ou à un variateur de fréquence. Si une vitesse plus basse est nécessaire, on envisage généralement un réducteur ou un moteur à plus grand nombre de pôles. Si un fonctionnement sur variateur est prévu, lisez aussi les remarques de la page moteurs électriques compatibles variateur.

Pourquoi la plaque n'indique jamais exactement 3000 : vitesse synchrone et nominale

3000 tr/min est la vitesse du champ ; le rotor ne la rattrape jamais tout à fait. Pour qu'un courant soit induit dans les barres du rotor, il faut une petite différence de vitesse entre le champ et le rotor. Cette différence s'appelle le glissement et c'est la charge qui en fixe l'ampleur. Lorsque le moteur tourne à vide, l'arbre s'approche beaucoup de la valeur synchrone ; chargé à sa puissance de plaque, il descend à la vitesse nominale.

Les vitesses nominales de catalogue des modèles de ce groupe se situent entre 2730–2982 tr/min. Dans les petites carcasses, le glissement est relativement important : le 63M2-2 de 0,25 kW tourne à 2730 tr/min en charge nominale. Quand la puissance augmente, l'écart se réduit ; la valeur donnée pour le 315L1-2 de 160 kW est de 2980 tr/min. Pour les modèles à carcasse aluminium la plage est de 2730–2945 tr/min, pour les modèles en fonte de 2750–2982 tr/min.

Les modèles en fonte de 185 kW et 355 kW n'ont pas de vitesse nominale dans la liste ; pour ces deux modèles, la valeur est confirmée au stade du devis. Pour les calculs côté machine, utilisez la vitesse nominale inscrite sur la plaque du modèle choisi, et non le chiffre 3000. Dans un calcul de diamètre de poulie, de débit de pompe ou de vitesse de coupe, cette petite différence peut modifier le résultat. Pour une explication du même phénomène sur quatre pôles, voir pourquoi la vitesse réelle d'un moteur 1500 tr/min est-elle différente ?

Matériau de carcasse, carcasses IEC et options de tension

Le groupe se décline en deux matériaux de carcasse : aluminium et fonte. À chaque puissance entre 0,55–11 kW, le même code de modèle existe dans les deux matériaux ; les puissances supérieures à 11 kW ne sont proposées qu'en carcasse fonte.

Un détail propre à ce groupe est la carcasse 63M. Parmi les trois groupes de vitesse de HEM, la carcasse 63M n'existe que du côté deux pôles, dans le modèle aluminium 63M2-2 de 0,25 kW. Pour les petits ventilateurs, petites pompes ou entraînements d'appareils où la place de montage est réduite, c'est généralement le premier modèle à examiner.

La tension d'enroulement se répartit en deux selon la puissance : jusqu'à 3 kW 230/400 V (Δ/Y), à partir de 4 kW 400/690 V (Δ/Y). Sur un réseau 400 V, les moteurs du premier groupe sont couplés en étoile, ceux du second en triangle. Si un démarrage étoile-triangle est prévu, l'enroulement doit fonctionner en triangle sous 400 V ; les modèles de 4 kW et plus de ce groupe sont construits ainsi. Toutes les options par matériau de carcasse sont regroupées dans les catégories moteurs électriques à carcasse aluminium et moteurs électriques à carcasse fonte.

Exemples pris à différents points de la plage de puissance

Les modèles ci-dessous sont classés du plus petit au plus grand et représentent différents points de la plage. Les valeurs sont les valeurs nominales du catalogue. Le prix actuel apparaît sur la fiche et la page produit de chaque modèle.

• 63M2-2 : 0,25 kW, carcasse aluminium, nominal 2730 tr/min, couple 0,87 Nm
• 90L-2 : 2,2 kW, carcasse aluminium, nominal 2895 tr/min, couple 7,26 Nm
• 132S2-2 : 7,5 kW, carcasse fonte, nominal 2930 tr/min, couple 24,4 Nm
• 160M2-2 : 15 kW, carcasse fonte, nominal 2945 tr/min, couple 48,6 Nm
• 200L2-2 : 37 kW, carcasse fonte, nominal 2960 tr/min, couple 119,4 Nm
• 280S-2 : 75 kW, carcasse fonte, nominal 2975 tr/min, couple 240,8 Nm

La carcasse 132S accueille à la fois un modèle de 5,5 kW (132S1-2) et un modèle de 7,5 kW (132S2-2). Comme un même code de carcasse peut contenir des puissances différentes, la commande doit toujours se faire avec le code de modèle complet. Pour voir tous les paliers de puissance dans un seul tableau, la carte des modèles triphasés simplifie la recherche.

2, 4 et 6 pôles au même kW : comment le couple évolue-t-il ?

À puissance constante, le couple est inversement proportionnel à la vitesse. En première approche, T (Nm) ≈ 9550 × P (kW) / n. Le moteur deux pôles, qui a la vitesse la plus élevée, applique donc la force la plus faible sur l'arbre à puissance de plaque égale. Deux exemples avec des données réelles :

• À 4 kW : le 112M-2 donne 13,1 Nm à 2905 tr/min ; le 112M-4 donne 26,3 Nm à 1450 tr/min ; le 132M1-6 donne 39,5 Nm à 968 tr/min. Ici les modèles deux et quatre pôles partagent la même carcasse 112M, mais le quatre pôles offre presque le double de couple.
• À 37 kW : le 200L2-2 donne 119,4 Nm ; le 225S-4 donne 237,9 Nm ; le 250M-6 donne 358,7 Nm. À cette puissance, le modèle deux pôles occupe la plus petite carcasse.

Ainsi, pour la même puissance, un moteur deux pôles tient souvent dans une carcasse plus petite ou égale ; en contrepartie son couple est faible. Si votre machine a besoin d'un arbre plus lent et plus fort, comparez les modèles des pages moteurs électriques 1500 tr/min ou moteurs électriques 1000 tr/min. Les effets généraux du choix des pôles sont traités dans que change le choix d'un moteur 2, 4 ou 6 pôles de même puissance ?, et les valeurs de couple selon la puissance et la vitesse dans le tableau des couples des moteurs électriques.

La grande vitesse ne convient pas à toute charge : regardez d'abord le couple résistant

Même si la puissance du moteur semble suffisante, ce dont la machine a réellement besoin peut être du couple. Sur des charges à démarrage difficile ou qui demandent beaucoup de force à basse vitesse (convoyeur chargé, mélangeur de matière dense, concasseur, dispositif de levage, etc.), un moteur deux pôles fournit moins de couple au même kW ; il exige donc un réducteur à grand rapport ou peut ne pas convenir. Si le couple demandé par la charge au démarrage dépasse ce que le moteur peut fournir, le moteur n'atteint pas sa vitesse, le courant reste élevé longtemps et la protection déclenche.

Lorsque la vitesse est réduite par un réducteur, le couple de sortie augmente selon le rapport (pertes mises à part). Toutefois, pour atteindre la même vitesse de sortie, on choisit un rapport plus grand avec un moteur deux pôles. L'effet d'un changement de moteur sur un réducteur existant est expliqué par un exemple dans que devient la vitesse de sortie si je monte un moteur de 1000 tr/min sur le même réducteur ? ; la logique est la même pour deux pôles.

À grande vitesse, les détails mécaniques sont aussi plus sensibles. L'équilibrage de l'accouplement, de la poulie ou de la roue de ventilateur montée sur l'arbre, la lubrification et le maintien des roulements ainsi que le bruit en fonctionnement doivent être traités avec plus de soin qu'avec un moteur lent. Avec un entraînement par courroie et poulie, il faut aussi vérifier la charge que le diamètre de poulie et la tension de courroie imposent au bout d'arbre. Comme les limites de ces points dépendent du montage et de la machine entraînée, aucune valeur chiffrée n'est donnée ici ; en cas de doute, décrivez-nous votre application.

Travaux pour lesquels ce groupe de vitesse est généralement envisagé

Voici des applications où un moteur deux pôles est souvent évalué. Le nom d'une machine ne prouve pas à lui seul l'adéquation ; le choix final dépend de la charge, de la vitesse requise, de la transmission (accouplement, courroie et poulie, réducteur) et des conditions d'exploitation.

• Pompes centrifuges, surpresseurs et pompes de circulation reliés directement par accouplement
• Certains types de ventilateurs et soufflantes qui demandent une vitesse périphérique élevée
• Machines travaillant à grande vitesse de coupe, comme les scies circulaires, meuleuses et ponceuses
• Entraînements à faible couple de démarrage où la vitesse est conservée ou augmentée par poulies

Dans une pompe centrifuge, la roue et la courbe de la pompe sont établies pour une vitesse donnée. Raccorder un moteur deux pôles à une pompe choisie pour un moteur quatre pôles augmente le débit et la pression, et la puissance absorbée par la pompe croît rapidement avec la vitesse ; le moteur peut être surchargé. Les ventilateurs se comportent de façon semblable. C'est pourquoi il faut consulter les données du fabricant de la pompe ou du ventilateur avant un tel changement.

Contrôle des cotes de montage et de la compatibilité électrique

Pour remplacer un ancien moteur, avoir le même numéro de carcasse IEC n'est qu'une première information. Les points suivants doivent être comparés un par un :

• Type de montage : B3 à pattes, B5 ou B14 à bride, B35 à pattes et bride
• Diamètre et longueur d'arbre, dimension de la clavette
• Entraxe des trous de pattes et hauteur d'axe
• Cotes de bride (pour les constructions à bride)
• Couplage de tension (Δ/Y ; 230/400 V ou 400/690 V) et réseau du site

Le prix catalogue s'applique à la construction standard B3 à pattes. Une autre forme de montage (B5, B14, B35) peut modifier le prix et se confirme à la commande. Pour les constructions à bride, voir les pages moteurs à bride B5 et B14 et moteurs à pattes et bride B34 et B35. Ce qu'indique le numéro de carcasse et comment trouver la cote d'arbre est expliqué dans la question sur le numéro de carcasse. Le plus simple est d'envoyer par WhatsApp une photo de la plaque de l'ancien moteur et du couplage dans sa boîte à bornes ; la compatibilité des cotes et du raccordement est confirmée à partir de ces photos.

Ce qu'il faut préparer pour une demande de devis

• Puissance (kW) et groupe de vitesse : 3000 tr/min, 2 pôles
• Type de montage (B3, B5, B14, B35)
• Tension du réseau et type de couplage
• Matériau de carcasse souhaité (aluminium ou fonte)
• Quantité
• Pour un remplacement, photo de la plaque de l'ancien moteur

Les ventes et les devis passent par WhatsApp et par téléphone. Les étapes générales d'achat sont résumées dans la catégorie acheter des moteurs électriques.

Questions fréquentes

À quelle vitesse tourne réellement un moteur 3000 tr/min ?

3000 tr/min est la vitesse synchrone. En charge, l'arbre tourne moins vite à cause du glissement ; les vitesses nominales des modèles de ce groupe se situent entre 2730–2982 tr/min. La valeur exacte de chaque modèle figure dans ses propres données techniques.

Quel est le plus petit moteur de ce groupe ?

C'est le modèle 63M2-2 de 0,25 kW à carcasse aluminium. Parmi les groupes de vitesse de HEM, la carcasse 63M n'existe que du côté deux pôles ; c'est pourquoi elle est souvent demandée pour les emplacements de montage étroits.

Puis-je raccorder un moteur deux pôles à la place d'un moteur quatre pôles ?

Même si les cotes correspondent, la machine tournera alors à peu près deux fois plus vite et le couple à puissance égale baissera de près de moitié. Sur une pompe, un ventilateur ou un ensemble avec réducteur, ce changement peut surcharger la machine. Vérifiez d'abord la vitesse requise par la machine et le couple résistant.

Pourquoi un moteur deux pôles donne-t-il moins de couple à puissance égale ?

La puissance dépend du produit du couple et de la vitesse. Quand la vitesse est élevée, le couple nécessaire pour fournir la même puissance est plus faible. Par exemple, à 4 kW, le 112M-2 donne 13,1 Nm et le 112M-4 donne 26,3 Nm.

Un moteur 3000 tr/min peut-il fonctionner avec un variateur de fréquence ?

Cela dépend de l'application. Les variateurs sont courants sur les pompes et ventilateurs qui demandent un réglage de vitesse ; toutefois, la plage de fonctionnement, le refroidissement et les limites mécaniques doivent être évalués avec la charge. Si vous nous envoyez votre application par WhatsApp, le modèle adapté est défini ensemble.