Comment choisir un moteur asynchrone?

Choisir un moteur asynchrone 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, 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.

Le moteur asynchrone un succès inégalé.

Il existe de nombreuses technologies qui reposent sur des principes de fonctionnement totalement différents. Nous les avons abordé dans notre article : Comment choisir un moteur électrique? Cependant le moteur asynchrone est de loin le plus courant dans l’industrie. On le trouve aussi bien sur des équipements triphasés 380V que monophasés 220V. Ce succès planétaire est normal car ils sont simples de construction, facile à mettre en œuvre, fiables et performants. En revanche, ils sont relativement encombrant et lourds. De plus, ils nécessitent systématiquement une alimentation en tension alternative. C’est pour cela qu’ils ne sont pas utilisés dans les appareils électroportatifs ou mobiles. Face à une multitude de moteurs asynchrones, un article dédié était donc indispensable.

Options de constructions des moteurs asynchrones

Les moteurs asynchrones 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, les moteur IP66 ou tropicalisés pour les endroits humides. Certains moteurs peuvent aussi être équipés d’accessoires spécifiques : tôle parapluie, frein, tachymètre (mesure de vitesse), codeur (mesure de position).

De plus, il faut savoir que 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 peut à lui seul faire l’objet d’un article spécifique.

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 cette 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 par un phénomène d’induction. 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 nombre de paires de pôles magnétiques a pour effet de réduire la vitesse et d’augmenter le couple du moteur. 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 théorique dite 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 qui dépend de la charge entrainée par le moteur. Pour cette raison, vous trouverez sur la plaque signalétique une vitesse à 50 Hz légèrement inférieure aux vitesses théoriques 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

Comme indiqué précédemment, 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, il est protégé par un carter. 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 la plupart des moteurs 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

Le choix d’un roulement de qualité est important, car il s’agit de la pièce d’usure principale du moteur. Non seulement il permet la rotation de l’arbre mais il supporte aussi l’effort radial et axial. En général sur les applications de puissances inférieures à 15kw un roulement à billes est suffisant. Cependant sur les gros moteurs, une erreur assez fréquente consiste à ne pas prendre en considération l’effort radial ou axial. Par exemple, pour les transmissions par poulie-courroie de fortes puissances il est préférable de monter un roulement à rouleaux à l’avant du moteur. De la même façon un moteur positionner tête en bas avec une charge importante sur l’arbre pourra nécessité l’utilisation de roulement biseaux pour supporter l’effort axial.

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. 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 problèmes électriques 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 puissances 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

Si vous remplacez un moteur, nous vous conseillons de commencer par vérifier la puissance indiquée sur la plaque signalétique. Pour choisir la puissance d’un moteur asynchrone sur un nouveau projet il suffit de déterminer le couple dont vous avez besoin. Pour chaque vitesse les constructeur communique cette information. A titre d’exemple vous pouvez consulter le catalogue CEMER. Pour vous faciliter la tâche, le tableau ci-dessous donne en kilowatt et en cheval (chevaux vapeur= CV) les puissances normalisées à 50 Hz jusqu’à 55kW. 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

Choisir l’arbre et la hauteur d’axe d’un moteur asynchrone reste simple. En effet, la norme défini entre autres 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:

Comment choisir le type de fixation d’un moteur asynchrone? 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 – Sujet de l’article moteur a bride b5 dimensions et avantages

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 avec des carcasses en fonte acier, 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 contre les agressions externes

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. Sur demande nous pouvons fournir des moteurs normalisés IP66.

Rendement énergétique de moteurs asynchrones

La classification IE (International Efficiency) a révolutionné le monde des moteurs asynchrones. Il est ainsi aisé de connaitre le rendement du moteur. Plus le chiffre est élevé moins il consomme. Ainsi les modèles IE3 et IE4, avec leurs rendements supérieurs par rapport aux anciennes générations. En optimisant le flux magnétique et en réduisant les pertes par effet Joule, les moteurs asynchrones modernes atteignent de meilleurs niveaux d’efficacité. Il faut cependant garder à l’esprit que le dimensionnement correct du moteur et le choix de la transmissions sont souvent plus important. Un moteur asynchrone chargé à 100% offre un rendement optimum.

Bien choisir un moteur asynchrone monophasé?

Le moteur asynchrone monophasé est un cas particulier. En effet, afin de créer le champ magnétique tournant on utilise un condensateur permanent et un bobinage adapté. Ce type de moteur dit à un condensateur offre peu de couple au démarrage. Il est donc très difficile de démarrer en charge. Afin de palier à ce problème les constructeurs installent des dispositifs additionnels. Ils ajoutent un condensateur de démarrage qui renforce de déphasage au départ. Une temporisation ou un interrupteur centrifuge vient le déconnecter. Pour en savoir plus vous pouvez consulter notre article : condensateurs pour moteurs monophasés.

Il est assez simple de changer le sens de rotation d’un moteur monophasé de manière permanente comme indiqué dans notre article : comment brancher un moteur monophasé. Cependant alterner régulièrement la direction est plus complexe qu’avec un moteur triphasé.

Utilisation des moteurs asynchrones au variateur

Il est important de bien choisir votre moteur asynchrone pour l’utiliser avec un variateur. En effet, 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 une ventilation forcée (ventilateur motorisé additionnel à l’arrière). Pour les très grosses puissances, les variateurs peuvent poser un problème de courant de fuite à travers les roulements, dans ce cas un roulement isolé est souvent monté sur le moteur.

De façon générale, si vous souhaitez obtenir une vitesse variable ou changer de sens régulièrement sur une installation monophasé nous recommandons l’achat d’un variateur mono-tri et d’un moteur triphasé. En effet, même si nous proposons des variateurs de fréquence pour moteur monophasés le couple et la plage de variation sont beaucoup plus faible.

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

Comment choisir un moteur asynchrone? – Conclusion

Le moteur asynchrone parfois appelé moteur à induction, ou moteur à cage d’écureuil est le plus courant. En général il présente l’avantage de respecter une normalisation. Donc il faut tout d’abord définir la tension d’alimentation. Ensuite on choisit le couple ou la puissance et la vitesse de rotation. Enfin il faut définir le type de montage souhaité. Bien entendu il faut aussi prendre en compte l’environnement et le rendement énergétique du moteur. Pour trouvez le moteur qu’il vous faut, cliquez ici.