Sélectionner des moteurs électriques n’est pas chose aisée, c’est avant tout un travail de spécialiste. Pour cette raison, nous vous conseillons de vous documenter avant d’effectuer votre achat. En effet, tous les produits n’ont pas les mêmes niveaux de qualité. Souvent, ils n’ont pas pour vocation de s’adapter à toutes les applications. Pour cela, il est important de définir votre besoin. En résumé, le prix est important mais n’est pas l’unique critère de sélection.

Spécialiste des moteurs électriques depuis 1996, nous avons rédigé cet article de vous donner des bases. En effet, il est important de faire la différence entre les produits disponibles sur le marché.

En général, si vous concevez une machine complexe utilisant des moteurs électriques il faudra probablement vous rapprocher d’un spécialiste. En revanche, si vous concevez une machine simple ou que vous remplacez un moteur suite à une panne c’est plus simple.

Types de moteurs électriques

Il existe de nombreuses technologies qui reposent sur des principes de fonctionnement totalement différents. Cet article concerne les moteurs électriques asynchrones alimentés par du courant alternatif monophasé ou triphasé.

Options de constructions des moteurs électriques

Les moteurs dit à cage d’écureuil se déclinent avec différentes constructions selon les environnements auxquels ils se destinent. En particulier, les moteurs électriques ATEX pour les atmosphères explosives. Certains moteurs peuvent aussi être équipés d’accessoires spécifiques: frein, tachymètre (mesure de vitesse), codeur (mesure de position) …

De plus, ces options diffèrent énormément. Par exemple, ils existent plusieurs modèles des freins qui répondent à chaque fois à un cahier des charges précis: rapidité de réponse, couple, tension d’alimentation …. ce sujet fera l’objet d’un autre article.

Pour les équipements triphasés 380V et monophasés 220V, les moteurs électriques asynchrones sont les plus courants. En effet, ils sont simples de construction, fiables et performants. En revanche, les appareils électroportatifs utilisent souvent des moteurs universels ou des moteurs continus basse tension.

Comment tournent les moteurs électriques à cage ?

Nous nous excusons auprès des puristes mais ce texte a pour vocation de donner des explications simples. Pour cet raison, il est nécessaire que certains principes soient acceptés sans pour autant les comprendre en détail.

Tout d’abord, dans un moteur à cage, le stator convertit l’énergie électrique alternative en champ magnétique tournant grâce à des bobines. Sous l’effet des champs magnétiques générés par le stator, le rotor à cage d’écureuil se met à tourner. Ensuite il faut savoir que la vitesse de rotation est liée à la fréquence du réseau alimentant les bobines et au nombre de pôles magnétiques du moteur. Par exemple, sur le réseau français 50 Hz (50 périodes par seconde) un moteur électrique 2 pôles devrait tourner à la vitesse synchrone de 50 tr/s soit 3000 tr/min (50 tr/s x 60 s/min). L’augmentation du nombres de paires de pôles magnétiques a pour effet de réduire la vitesse. Ainsi, un moteur 4 pôles correspond à un 1500 tr/min, 6 pôles à 1000 tr/min et 8 pôles à 750 tr/min.

En pratique, un moteur à cage tourne un peu moins vite que la vitesse synchrone c’est pour cela qu’il est appelé  moteur asynchrone. Il y a un léger glissement entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle obtenue à la charge nominale du moteur. Pour cette raison, vous trouverez sur la plaque signalétique une vitesse à 50 Hz légèrement inférieure aux vitesses synchrones du paragraphe précédent.

Moteurs électriques américains

Pour les moteurs électriques vendus aux USA les plaques signalétiques font apparaître des vitesses correspondant à une alimentation 60Hz. Pour cette raison, il est possible de trouver des moteurs avec des vitesses légèrement supérieures à celles du paragraphe précédent. Parfois, les vitesses à 50 et 60Hz sont indiquées sur le moteur. Dans ce cas, il est facile de penser à tort qu’il s’agit de moteurs électriques à deux vitesses.

Construction des moteurs électriques

Les moteurs électriques asynchrones triphasés ou monophasés comprennent un stator (partie fixe) et un rotor (partie tournante).

Le rotor est maintenu dans le stator par deux roulements logés dans un flasque à l’arrière et un flasque ou une bride à l’avant. A l’arrière, un ventilateur fixé sur le rotor refroidit le moteur. Un carter protège l’arrière du moteur. A l’avant, l’arbre traverse le flasque ou la bride. La partie avant de l’arbre est rainurée avec une clavette et un trou taraudé au centre. Pour éviter que des corps étrangers entrent en contact avec l’intérieur des moteurs électriques ils sont équipés de joints.

Composants des moteurs électriques à cage

Les moteurs électriques à cage sont les plus communs et les plus simples d’utilisation. En effet, Ils sont robustes à condition qu’ils intègrent des composants de qualité. Lors du choix d’un moteur asynchrone amené à fonctionner régulièrement il faut être très vigilant sur la qualité des roulements et des autres composants .

Roulements des moteurs électriques

Les meilleurs moteurs utilisent des roulements de marques SKF, FAG, NSK … Par exemple Elvem donne pour sa gamme de moteurs normalisés une durée de vie nominale des roulements de 40.000 heures sans forces axiales et avec un accouplement horizontale. Si la force maximale axiale est appliquée, la durée de vie des roulements est de 20.000 heures.

Une erreur assez fréquente lors du choix d’un moteur à cage est de ne pas prendre en considération les efforts axiaux. Par exemple, sur les applications qui utilisent des transmissions par poulie-courroie de fortes puissances. Dans ces cas, il est préférable de monter un roulement à rouleaux à l’avant du moteur. 

Il est déconseillé de stocker top longtemps un moteur sans l’utiliser. Par exemple, après un stockage de 12 mois la qualité de la graisse est à vérifier. Si la graisse n’a pas une apparence pure, par exemple : trace d‘humidité… etc, elle doit être changée. La graisse est à renouvelé tout les 3 ans. Certain revendeur achète des produits en lots et les mettent sur le marché sans se soucier de ce problème. De plus, un stockage prolongé même pour un moteur IP55 peut poser des problème électrique lors du redémarrage causé par l’humidité.

Les moteurs électriques normalisés

Afin de permettre la standardisation il existe des normes. Les moteurs électriques asynchrones courants ont 2, 4, 6 ou 8 pôles. Nous avons vu dans ce qui précède que le nombre de pôles définit la vitesse à 50 Hz 3000, 1500, 1000 et 750 tr/min.

La norme impose des puissance en kw et pour chaque combinaison puissance-vitesse des dimensions de montages en particulier la hauteur de l’axe souvent associée au type du moteur.

Cependant les moteurs électriques à cage d’écureuil ne sont pas toujours normalisés. Donc, dans le cadre d’un remplacement il est important de vérifier en priorité si le moteur est normalisé.

Puissance des moteurs électriques normalisés

Nous vous conseillons de commencer par vérifier la puissance indiquée sur la plaque signalétique du moteur électrique existant. Pour vous faciliter la tâche, le tableau ci-dessous donne en kilowatt et en cheval (horse power = HP) les puissances normalisées à 50 Hz jusqu’à 22 kW. Attention cependant à bien prendre en compte la puissance à 50 Hz et pas à 60 Hz qui est parfois aussi indiquée sur votre plaque signalétique.

NB : 1 kW = 1.34 ch (hp) – 1 W = 0.00134 ch (hp)

Les valeurs du tableau sont approximatives : 0.06 kW correspond exactement à 0.080461333033459 ch (hp).

Dans le tableau, nous le noterons : 0.08 ch (hp).

Arbre et hauteur d’axe des moteurs électriques normalisés

La norme défini entre autre les dimensions des arbres ainsi que la hauteur d’axe des moteurs électriques normalisés. Par exemple si la plaque signalétique de votre moteur indique 0.37 kW 1460 tr/min à 50Hz. Si il s’agit d’un moteur normalisé sa hauteur d’axe sera de 71mm et l’arbre aura un diamètre de 14mm et une longueur de 30mm et souvent vous pourrez lire 71 (hauteur d’axe) et 4 (nombre de pôles) sur le type.

Fixation des moteurs asynchrones normalisés:

De façon générale les moteurs électriques sont fixés soit par des pattes, soit par des brides soit les deux en même temps.

B3 Fixation à pattes

B5 Fixation bride à trous lisse

B14 Fixation bride à trous taraudés

Les fixations  sont combinables, ce qui donne :

B3 +B5 = Fixation B35 : Moteurs bride à trous lisse + pattes

B3+ B14 = Fixation B34 : Moteur bride à trous taraudés + pattes

Pieds des moteurs électriques

De nos jours de nombreux moteurs électriques de petite puissance en aluminium sont équipés de pattes démontables avec différentes positions de montage. Ce type de construction permet de modifier l’orientation de la boite à borne. Cela permet aussi de transformer des moteurs B34 ou B35 en B14 et B5. Bien entendu, sur les plus grosses puissances les pattes sont moulées. En pratique c’est en général le cas à partir d’une hauteur d’axe de 160mm.

Positions des moteurs électriques

La plupart des moteurs électriques peuvent fonctionner aussi bien à la verticale qu’à l’horizontale dans toutes les positions. Il est préférable de se rapprocher du vendeur pour confirmer ce point.

Il est important d’assurer une surface plane pour votre installation. De plus, les vis des pieds ou bride doivent être montés de manière appropriée avec un alignement précis en cas d’accouplement direct. Enfin, il faut savoir que les défauts d’alignements sont une cause fréquente de panne d’un moteur.

Pour un moteur asynchrone utilisé avec arbre vers le bas à l’extérieur et dans un environnement poussiéreux, nous vous recommandons d’utiliser une tôle parapluie.  

Protection des moteurs électriques

L’indice IP des appareils électriques indique le niveau de protection contre les corps solide (premier chiffre) et liquide (second chiffre). Plus l’indice est élevé plus la protection est importante. En général les moteurs asynchrones sont IP55 mais il est préférable de s’en assurer. Certains vendeurs commercialisent encore des IP44.  En général, la protection IP55 est suffisante pour la majeure partie des applications. 

Utilisation des moteurs asynchrones au variateur

Tous les moteurs asynchrones ne supportent pas de la même façon le pilotage au variateur de fréquence. De plus, quand ils sont prévus pour une utilisation au variateur il faut éviter de travailler en dessous de 25Hz. En effet à 25Hz le moteur tourne à 50% de sa vitesse nominale. La réduction de la vitesse a pour conséquence de réduire le flux d’air produit par le ventilateur. Mal refroidi le stator risque de chauffer et de se dégrader. Il est possible de modifier le moteur pour y ajouter un ventilation forcée (ventilateur motorisé additionnel à l’arrière). 

Les moteurs monophasés ne sont pas prévus pour les variateurs de fréquences. Donc, si vous souhaitez obtenir une vitesse variable sur une installation monophasé nous recommandons l’achat d’un variateur mono-tri et d’un moteur triphasé. Dans la pratique, il existe des petits boîtiers pour faire varier la vitesse des moteurs monophasés. Ces accessoires sont des gadgets peu fiables.

Pour approfondir ces sujets, vous pouvez consulter notre rubrique sur la variation de vitesse.