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Notions fondamentales dutilisation des

moteurs triphass courant alternatif

Conception

Types de serv iceSlectionDimensionnement

MotorManagement

TM

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Avant-propos

Ce manuel technique portant sur les moteurs triphass induction est la

premire des publications dune srie ayant pour thme la Gestion de

moteurs soit le Motor Management.

Grce la publication de ces notions fondamentales, lutilisateur pourra

bnficier dun ouvrage de rfrence qui senrichit sans cesse, eu gard aux

donnes de fonctionnement indispensables pour la conception et

lapplication.

Les thmes suivants seront traits :

Dmarrage et fonctionnement des moteurs Protection de moteurs et dentranements

Slection et fonctionnement des commandes

Communications

De nos jours, les moteurs font partie de quasiment tous les processus de

production. Cest pour cette raison que lexploitation optimale de votre

application devient de plus en plus importante en vue de garantir un

fonctionnement rentable. A ce titre, la srie "Motor Management" de

Rockwell Automation vous aidera :

optimiser lutilisation de vos systmes minimiser les cots dentretien

accrotre la fiabilit

Nous sommes heureux de vous offrir des publications qui fourniront sans

doute une aide prcieuse pour trouver des solutions conomiques et

efficaces adaptes votre application.

Copyright 1996 par Sprecher+Schuh AG Rockwell Automation, Aarau.

Nous garantissons la prcision des informations fournies dans ce manuel au mieux de notre

connaissance et en dclinant toute responsabilit lgale ventuelle.

i

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Moteurs triphass induction

ii

Sommaire

1 Moteurs triphass induction 1.1

1.1 Fonctionnement 1.11.1.1 Stator 1.11.1.2 Rotor 1.11.1.3 Glissement 1.31.1.4 Pertes 1.4

1.2 Evolution des caractristiques du couple 1.61.2.1 Evolution typique 1.61.2.2 Conception dun moteur 1.8

1.3 Caractristiques de fonctionnement 1.10

2 Types de service des moteurs lectriques 2.1

2.1 Types de service prinicipaux S1... S9 2.12.1.1 S1: Service continu 2.22.1.2 S2: Service temporaire 2.32.1.3 S3: Service priodique intermittent sans dmarrage 2.42.1.4 S4: Service priodique intermittent avec dmarrage 2.5

2.1.5 S5: Service priodique intermittent avec dmarrage et freinagelectrique 2.6

2.1.6 S6: Service continu charge intermittente 2.72.1.7 S7: Service intermittent avec dmarrage et freinage lectrique 2.82.1.8 S8: Service ininterrompu variations priodiques de charge et

de vitesse 2.92.1.9 S9: Service ininterrompu variations non priodiques de charge

et de vitesse 2.11

2.2 Valeurs moyennes de puissance, couple et intensit 2.122.3 Puissance dun moteur et types de service 2.142.3.1 Augmentation de puissance par rapport S1 2.142.3.2 Capacit limite mcanique 2.152.3.3 Rduction de puissance par rapport S1 2.15

3 Courbes de couples caractristiques 3.1

3.1 Couples de charge en fonction de la vitesse 3.23.1.1 Cas o le couple reste constant 3.23.1.2 Le couple augmente en fonction de la vitesse 3.3

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iii


3.1.3 Le couple augmenter comme le carr de la vitesse 3.53.1.4 Le couple diminue de faon inversement proportionnelle

la vitesse 3.5

3.2 Couples de charge en fonction de langle 3.63.3 Couples de charge en fonction du parcours 3.63.4 Couples de chqrge en fonction du temps 3.63.5 Couple initial de dcollement 3.6

4 Choix et dimensionnement desmoteurs lectriques 4.1

4.1 Puissance du moteur 4.24.1.1 Donnes catalogue et paramtres dapplication 4.34.1.2 Dtermination de la puissance homologue 4.44.1.3 Donnes catalogue 4.44.1.4 Conditions de fonctionnement 4.44.1.5 Procdure de slection des moteurs 4.4

4.2 Dimensionnement laide du couple de charge 4.74.3 Calcul laide du couple ou du temps dacclration 4.84.3.1 Couple dacclration 4.84.3.2 Temps dacclration 4.8

4.4 Calcul laide de la frquence de commutation 4.114.5 Slection en consultant le catalogue 4.13

5 Symboles des quations 4.14

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1.1

1 Moteurs triphass induction

Le moteur triphas induction, galement dit asynchrone, est de nos jours le

type de moteur le plus communment utilis dans les applications industrielles.

Le moteur cage, en particulier, est certainement le plus employ parmi les

moteurs lectriques dans ces types dapplication.

1.1 Principes de fonctionnement

La section lectrique du moteur triphas induction se compose, comme le

montre la Figure 1.2.2, dun stator fixe, dun enroulement triphas aliment par

l alimentation triphase et dun rotor. Il nexiste aucune connexion lectrique

entre le stator et le rotor. Les courants dans le rotor sont induits travers lentre-

fer du ct du stator. Aussi bien le stator que le rotor sont raliss en tleextrmement magntique en vue de minimiser le courant de Foucault et les

pertes dhystresis.

1.1.1 Stator

Le stator comporte trois enroulements individuels qui se chevauchent et sont

dcals par un angle lectrique de 120. Lorsquil est reli lalimentation, le

courant entrant magntise ce stator en premier lieu. Ce courant courant magnti-

santgnre un champ tournantqui tourne une vitesse dite synchrone appele

vitesse ns.

Si un circuit de 50 Hz prsente le nombre minimum de paires de ples c.--d. 1p

= 1, la vitesse synchrone est gale ns = 3000 tr/min. Les vitesses synchrones

pour une frquence de 50 Hz sont indiques dans le Tableau 1.2.1 :

1.1.2 Rotor

Dans les moteurs induction cage, le rotorconsiste en une srie ou paquet de

tles cylindriques encoches avec des barres en aluminium unies lavant par

des anneaux de sorte former une cage ferme.

Le rotordes moteurs triphass induction est souvent dit ancre en raison de la

forme des rotors appliqus aux tous premiers appareils lectriques. Dans un

appareil lectrique, lenroulement du rotor ou ancre est induit par le champ mag-

ntique la diffrence des moteurs induction triphass o cette fonction est

remplie par le champ tournant statorique.

Moteurs induction triphass

ns = vitesse synchrone en tr/min

Vitesse synchrone ns = 60 f = frquence en Hertz

p = nombre paires de ples (nombre

de ples/2)

f

p

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Table 1.2.1 Vitesses synchrones typiques dans un circuit de 50 Hz

Les vitesses synchrones sont suprieures de 20% avec une frquence de 60 Hz

Figure 1.2.2 Un moteur triphas cage de la dernire gnration

Un moteur induction se comporte au repos comme un transformateur que lon

a court-circuit ct secondaire. Dans ce cas, lenroulement statorique corre-

spond lenroulement primaire et lenroulement rotorique (ou de la cage) len-

roulement secondaire. Du fait du court-circuitage, le courant interne du rotor

dpend de la tension induite et de sa rsistance. Linteraction, entre leflux mag-

ntique et les conducteurs de courant lintrieur du rotorprovoque la rotation

du rotor poursuite du champ tournant et lapparition du couple sur larbre. Les

barres de la cage sont disposes en biais par rapport laxe de rotation en vuedviter des fluctuations de couple (voir Figure 1.3.1). Cest la configuration

"oblique".

A vide, le rotor atteint quasiment la vitesse synchrone du champ tournant, tant

donn la prsence dun seul contre-couple faible (sans pertes de charge). Si sa

rotation tait parfaitement synchrone, aucune tension ne serait induite, le courant

cesserait de circuler et il ny aurait plus de couple.


1.2

Nombrede ples 2p 2 4 6 8 10 12 16 24 32 48

ns en tr/min 3000 1500 1000 750 600 500 375 250 188 125

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1.3

La vitesse du rotor diminue, pendant lefonctionnement,jusqu atteindre la

vitesse en charge n. La diffrence entre la vitesse synchrone et la vitesse en

charge est appele glissement s. Ce glissement s tant fonction de la charge latension induite dans lenroulement du moteur change en modifiant son tour le

courant du rotor et donc le couple M. Ces deux dernires valeurs augmentent

mesure que le glissement s saccrot. Etant donn que le moteur induction

triphas se comporte comme un transformateur, le courant du rotor est transfor-

m du ct du stator (ou secondaire). Il sensuit que le courant dalimentation

statorique varie pratiquement de la mme amplitude. Lapuissance lectrique du

stator gnre par le courant dalimentation est convertie par le biais de lentrefer

en puissance mcanique au niveau du rotor. Le courant statorique se decompose

alors en : le courant de magntisation et le courant d la charge.

a Barres de cage simples disposes en

biais

b Barres de cage doubles disposes en

biais

Figure 1.3.1 Formes denroulements dun rotor cage

1.1.3 Glissement

On dfinit glissement s la diffrence entre la vitesse synchrone ns et la vitesse n

de fonctionnement nominal qui est normalement exprime en pourcentage.

Selon les moteurs, ce glissement nominal oscille entre 3% et 10%. Le glissement

est lune des caractristiques les plus importantes dun moteur induction.

s = glissement

Glissement s = ns = vitesse synchrone

n = vitesse du rotor

ns - n

ns

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Figure 1.4.1 La tension rotorique UR est proportionnelle au glissement s.

Autrement dit, une tension rotorique de 10% correspond un glisse-

ment de 10%.

La tension rotorique induite UR, comme lindique la figure Figure 1.4.1, est pro-

portionnelle au glissement s. A vitesse nulle, elle atteint la valeur de crte de n =

1 et s = 1, ce qui dtermine galement le courant maximum. Ce comportement est

confirm dans les applications courantes, par le fort courant de dmarrage (appel

de courant au dmarrage). Le couple atteint une valeur vitesse nulle une rsis-

tance de rotor dtermine. Il est possible dinfluencer ce comportement en en

modifiant la conception, cest--dire en changeant la rsistance du rotor. La for-

mule ci-dessous sapplique la vitesse du rotor :

1.1.4 Dissipation

La vitesse du rotor n tant infrieure la vitesse synchrone ns du champ tournant

de la valeur de glissement s, la puissance mcanique du rotor P2 est galement

infrieure la puissance du champ tournant PD trasmise lectriquement. La dif-

frence PVR est dissipe dans le rotor sous forme de chaleur. Par consquent, ces

pertes au niveau de lenroulement dpendent directement du glissement s. Ds le

premier instant du processus de dmarrage, toute la puissance induite dans le rotor

est convertie en chaleur.

Comme lquation le dmontre, le plus grand danger thermique se prsente en cas

de rotor fixe avec glissement s = 1, tant donn que toute la puissance lectrique

absorbe se transforme en dissipation de chaleur dans le moteur. Du fait de laug-

mentation du courant de dmarrage des moteurs induction, la dissipation de

chaleur est un multiple de la puissance nominale du moteur. De plus, les moteurs

traditionnels auto-ventils ne sont pas convenablement refroidis lorsquils sont

vitesse nulle.


1.4

n = vitesse rotorVitesse rotor n = ns (1 - s) ns = vitesse synchrone

s = glissement

Dissipation dans le rotor PVR = PD s = perte Joule PCuR en W

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Les pertes moteur Pv peuvent se dcomposer comme ci-aprs (Figure 1.5.1):

Lespertes ferPFe statoriques sont dues aux pertes dhystresis et de courant de

Foucault qui dpendent leur tour de la tension et de la frquence. Cest pour

cette raison quelles sont plus ou moins constantes pendant le fonctionnement.Au niveau du rotor, les pertes sont insignifiantes cause de la basse frquence

du courant rotorique pendant le fonctionnement.Les pertes Joules qui se pro-

duisent au niveau du stator PCuS et du rotor PCuR sont toutes les deux propor-

tionnelles au carr de la charge. Lespertes de ventilation PLu et les pertes de

frottement roulementPLa sont galement constantes cause de la vitesse relative

constante pendant le fonctionnement. Lespertes par courant de Foucault Pzussont dues essentiellement aux courants de Foucault au niveau des composants

mtalliques de la machine.

Lgende:

P1 = puissance lectrique dentre

PFe = perte fer statorique

PCuS = perte Joule statorique

Pzus = perte par courant de Foucault

PD = puissance champ rotatif

(puissance entrefer)

PCuR = perte Joule rotorique

PLu = perte de ventilation

PLa = pertes frottement roulement

P2 = puissance mcanique de sortie

Figure 1.5.1 Puissances et pertes dans un moteur induction triphas.

1.5


PFe Perte fer statorique plus ou moins constante en fonctionnement PCuS Perte Joule statorique fonction du carr du courant

PCuR Perte Joule rotorique fonction du carr du courant PLu Perte de ventilation presque constante en fonctionnement

PLa Pertes frottement roulement presque constante en fonctionnement

Pzus Pertes par courant de Foucault presque constante en fonctionnement

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1.2 Evolution des caractristiques du couple1.2.1 Evolution typique

La Figure 1.6 montre la courbe de couple typique des moteurs cage du coupleen fonction de la vitesse. Le concept de couple dacclration englobe toute la

gamme des caractristiques de couple de larrt au plein rgime.

Mn = couple nominalML = couple rsistantMK = couple maximalMM = couple du moteurnS = vitesse synchroneAn = point de travail nominalMA = couple initial de dcollementMB = couple dacclration

MS = couple minimalnn = vitesse nominale (0,94..0,99

. nS)n = vitesse de fonctionnementA = point de travailn0 = vitesse vide (0,98..0,997

. nS)

Figure 1.6.1 Courbe caractristique du couple du moteur en fonction de la

vitesse

MA Couple initial de dcollement. Les valeurs fournies par les fabricants du

moteur doivent prsenter des tolrances comprises entre -15% et +25%.

Mn Couple nominal au cours du fonctionnement unepuissance Pn et une

vitesse nn nominales. A vide, le couple est trs faible et compense les frotte-

ments internes. Lorsque le moteur est charg, sa vitesse diminue lgrement

de la valeur de glissement s alors que couple augmente. Un moteur standard

doit pouvoir garantir le couple nominal dans des conditions de fonction-

nement continu sans avoir dpasser sa valeur de temprature limite.

Dans certains modes de fonctionnement (S2, S3 et S6), le couple nominal

peut tre dpass dans une certaine mesure condition que la temprature

limite ne soit pas dpasse au sein de la plage de fonctionnement.

MK Couple maximal. Cest le couple maximum que le moteur peut dvelopper.

Si la puissance dpasse la charge nominale Pn, le glissement s ne cesse pas

daugmenter, la vitesse n diminue et le moteur dveloppe un couple plus

lev. Ce couple peut atteindre la valeur de crte MK (couple maximal) et

linstabilit, du moteur, ce qui signifie que sa vitesse diminue brusquement

jusqu une valeur qui peut tre nulle.


1.6

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Conformment aux normes, le couple maximal doit tre MK 1.6 Mn, avecla possibilit de surcharger le moteur pendant 15 secondes minimum cette

valeur, la tension et la frquence tant nominales. Les donnes du cataloguepeuvent prsenter une tolrance allant jusqu -10%. Etant donn que le

couple maximal au dmarrage est nettement suprieur dans certains moteurs

o il atteint normalement des valeurs de MK = 2...3,5 Mn,les moteurs

induction sadaptent spcialement aux charges intermittentes pourvu que

lchauffement qui en rsulte puisse tre vacu.

MS Couple minimal, galement dit couple dentranementqui est le plus petit

couple possible pendant lacclration. Il doit ncessairement dpasser le

couple rsistant effectif simultan ML pour que le moteur puisse tre

acclr. Les valeurs minimums relatives au couple minimal de dmarrage

sont spcifies dans les normes en matire de fonctionnement la tensionnominale.

ML Couple rsistant, soit le couple rsistantde la charge pendant lacclration.

MM Couple du moteur.

MB Couple dacclration, soit la diffrence entre le couple du moteur MM et le

couple rsistant ML.

En service continu, (S1) et charge nominale Pn, un moteur bien dimensionn

tourne la vitesse nominale de nn et dveloppe le couple nominal Mn :

Il est galement possible de calculer le couple M en utilisant les donnes lec-

triques relatives au moteur :

1.7

Mn = couple nominal en NmCouple nominal Mn = 9555 Pn = puissance nominale en kW

nn = vitesse nominale

Pn

U = tension en V

I = intensit en A

Couple nominal Mn = cos = facteur de

puissance = rendementn = vitesse en tr/min

3 U I cos 9,55n

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Au cours du dmarrage, le couple initial de dcollement MA doit tre suprieur au

couple rsistant. De plus, le couple du moteur MM doit rester suprieur au couple

rsistant ML, pendant la phase dacclration, comme lindique la Figure 1.6.1.A lintersection des deux lignes de couple (point de travail A), le moteur fonc-

tionne la vitesse constante n. Dans le cas de surcharge, le point de fonction-

nement A dpasse le point de fonctionnement nominal An. Un tel tat nest possi-

ble que pendant une brve priode de temps pour viter la surcharge du moteur.

Le point de travail A ne doit pas tre trop bas non plus, ce qui signifie quil ne faut

pas choisir un moteur surdimensionn. Au-dessous de 50% de la charge nominale,

le rendement ainsi que le facteur de puissance cos diminuent tel point que lesmoteurs ne fonctionnement plus de manire conomique. Dautre part, un moteur

plus grand prsente un courant de dmarrage suprieur IA tant donn que ce type

de courant nest pas fonction du couple rsistant. Seulement le temps dacclra-

tion rsulterait plus bref si lon optait pour un moteur plus grand.

1.2.2 Conception dun moteur

Les caractristiques du couple peuvent tre facilement adaptes lapplication en

cas de moteurs triphass induction. Les deux facteurs importants sont, dans ce

cas, unfaible courant de dmarrage IA et un couple de dmarrage levMA. La

caractristique de couple ainsi que lintensit du courant de dmarrage sont dter-

mines essentiellement par le type de cage rotorique et laforme de lencoche du

rotorcomme lindique la Figure 1.8.1Il est possible dobtenir un couple initial de dcollement lev MA et un faible

courant de dmarrage IA par le biais dune rsistance rotorique ohmique relative-

ment leve au niveau du couple de dmarrage. En principe, un effet pelliculaire

(galement dit de Kelvin) a lieu au dmarrage indpendamment du type de con-

ception du rotor. Les conceptions de rotor sont de deux types :

a rotor cage simple pour version moule sous

pression

b version encoches profondes

c rotor double cage

Figure 1.8.1 Formes dencoches pour les rotors cage


1.8

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Rotors standard cage avec une seule encoche et des conducteurs ronds,

rectangulaires ou trapzodaux normalement raliss en aluminim; ils prsen-

tent un couple de dmarrage relativement lev de 1,8...2,5 x Mn et uncourant de dmarrage lev de 5...10 x In.

Rotors dplacement de courant (ou effet pelliculaire), galement dits

rotors encoches profondes. Si les barres de la cage sont hautes et troites,

leffet pelliculaire se produit au dmarrage, du fait de la frquence rotorique

leve. Dans ces conditions, le courant circule lextrieur du rotor gale-

ment appel "peau". Ce type de circulation rduit la section effective du con-

ducteur tout en augmentant la rsistance ohmique. Il en rsultent un bon cou-

ple de dmarrage MA et un courant de dmarrage IA faible et avantageux.

Cet effet pelliculaire disparat pendant le fonctionnement lorsque la

frquence rotorique est trs faible et le moteur prsente une intensit et un

couple standard.

Rotors double cage dont la barre se compose de deux barres unitaires nor-

malement isoles lectriquement. Ils sont caractriss par une cage externe

faible rsistance ohmique et une cage interne haute rsistance ohmique.

Cette version est possible grce lemploi dun matriau appropri (Cu, Al,

Ms) et au dimensionnement adquat des sections transversales du conduc-

teur. Leffet est mme plus vident que dans un rotor dplacement de

courant : au dmarrage, le courant ne circule pratiquement quau niveau de la

cage externe ce qui rduit le courant de dmarrage IA et augmente relative-

ment le couple de dmarrage MA. Il sensuit que le courant est distribu pen-

dant le fonctionnement entre les deux cages, en raison de leurs rsistances

ohmiques.

Rotors cage, haute rsistance, galement dit rotors de glissement, qui

prsentent la mme forme encoches quun rotor cage standard, mais

utilisent des conducteurs raliss en laiton ou en alliage daluminium haute

rsistance au lieu des conducteurs en Al ou en Cu. Cette configuration per-

met la rsistance ohmique daugmenter. A la diffrence du rotor dplace-

ment de courant, cette rsistance demeure constante sur toute la plage de

vitesses et entrane, pendant le fonctionnement, un glissement lev avec car-

actristiquesflexibles et sans couple maximal au dmarrage vident. Le cou-

ple de dmarrage MA est lev grce la forte rsistance rotorique tandis que

le courant de dmarrage IA est dimun. Etant donn que la rsistance

ohmique reste leve pendant le fonctionnement, des pertes relativement

importantes se produisent et rendent le fonctionnement du rotor anti-

conomique. Cest pour cette raison que les rotors de ce type sont peu utiliss

de nos jours, dautant plus que lon peut obtenir les mmes caractristiques

avec des dispositifs lectroniques tels que dmarreurs et variateurs de vitesse.

1.9

Moteurs triphass induction induction

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15/62

K = cage standard (Al)

TN = rotor encoche profonde (Al ou Cu)DK = rotor double cage (Al ou Cu ou

Al lintrieur et Ms lextrieur)

W = rotor cage, haute rsistance MSM = couple

n = vitesse

Figure 1.10.1 Caractristiques de couple typiques des divers types de cages

1.3 Caractristiques de fonctionnementOn entend par caractristiques de fonctionnement la reprsentation graphique des

comportements concernant :

la vitesse lintensit

le facteur de puissance la puissance

le rendement le glissement

en fonction de la charge.

La Figure 1.10.2 montre les courbes des caractristiques de fonctionnement dun

moteur typique induction.

Figure 1.10.2 Caractristiques de fonctionnement dun moteur induction en

fonction de la charge

n = vitesse nS = vitesse synchrone

P1 = puissance dentre P2 = puissance de sortie

= rendement cos = facteur de puissance

I = courant absorb In = courant nominals = glissement Pn = puissance nominale


1.10

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n La vitesse n ne diminue que lgrement si la charge augmente. Les

moteurs cage standard prsentent alors une volution des caractristiques

de vitesse "rigide".

s Le glissement s augmente presque proportionnellement par rapport la

charge.

cos Lefacteur de puissance cos dpend en grande partie de la charge et

atteint la valeur de crte pendant la surcharge. Ce facteur est relativement

dfavorable dans la plage de faible charge cause dune magntisation

pratiquement constante.

Le rendement qui prsente une courbe des caractristiques relativement

plate, est presque constant si la charge est au moins de 50%. En gnral, ilatteint sa valeur crte la casi puissance nominale Pn.

I LintensitI commence augmenterproportionnellement partir de la

demi-charge environ. Au-dessous de cette valeur elle ne diminue que lente-

ment jusqu galer le courant vide IO. (magntisation constante)

P Lapuissance P1 diminue plus ou moins proportionnellement la charge

partir de la puissance vide. Elle augmente un peu plus rapidement dans la

plage de surcharge tant donn que les pertes sont galement plus impor-

tantes.

Compte tenu que le rendement et le facteur de puissance cos sont les l-ments qui influencent principalement lefficacit conomique dun moteur, la

connaissance des valeurs charge rduite est indispensable. Ces deux valeurs

dterminent lefficacit conomique pendant le fonctionnement et diminuent

toutes les deux sous charge rduite. De plus, en cas de moteur faible vitesse, le

facteur de puissance cos est infrieur celui des moteurs haute vitesse. Enconclusion, les moteurs haute vitesse convenablement dimensionns savrent

plus avantageux sur les plans conomique et fonctionnel.

1.11

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2.1

2 Types de service des moteurs lectriquesEn principe, les moteurs triphass induction en service continu sont spciale-

ment conus pour tourner la puissance nominale une exception prs : les

actionneurs. La plupart des moteurs fonctionnent souvent en service non continu.

Certains moteurs ne fonctionnent que pendant une brve priode, dautres tour-

nent toute la journe mais avec une faible charge, et de nombreux moteurs

doivent acclrer de fortes inerties ou sont commands en mode commut et

freins lectriquement.

Dans tous ces divers types de service, un moteur ne chauffe pas comme en cas

de service continu. Par consquent, tous ces processus spcifiques dchauffe-

ment doivent tre pris en compte pour viter ainsi une surcharge qui endom-

magerait les enroulements du moteur et le rotor.

2.1 Types de service principaux S1- S9

Aux fins de la conception, les informations relatives au type de service doivent

tre les plus prcises possibles tant donn que le rendement de puissance peut

diverger considrablement du rendement en cas de service continu. Les types de

service possibles sont thoriquement illimits. Pour permettre aux fabricants et

aux oprateurs de parvenir un accord, neuf types de services principaux, de S1

S9 ont t spcifis dans la norme CEI 34. La plupart des cas qui se prsentent

dans la pratique peuvent tre ramens lun de ces types de service :

Les fabricants de moteurs doivent assigner la capacit de charge du moteur

lun de ces types de service et fournir, le cas chant, les valeurs relatives au

temps de fonctionnement, la priode de charge ou au facteur de service relatif.

Moteur triphass induction

S1: Service continu

S2: Service temporaire

S3: Service priodique intermittent sans dmarrage

S4: Service priodique intermittent dmarrage

S5: Service priodique intermittent dmarrage et freinage lectrique

S6: Service continu charge intermittente

S7: Service ininterrompu dmarrage et freinage lectrique

S8: Service ininterrompu variations priodiques de charge/de vitesse

S9: Service ininterrompu variations non priodiques de charge/de

vitesse

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Les descriptions et les diagrammes concernant les types de service de S1 S9

prsentent les symboles ci-aprs :

La vitesse n est normalement exprime en t/min. En gnral, la plaquette sig-

naltique contient les donnes relatives la vitesse nominale nn et la charge

nominale.

Les types de service de S1 S9 couvrent bon nombre des applications qui se

prsentent dans la pratique. Sil tait impossible dassigner le type de charge

lun des types de services cits auparavant, il est conseill de faire parvenir au

fabricant une description prcise du cycle ou de slectionner un type de service

convenant au moins la charge de lapplication effective.

2.1.1 S1: Service continu

Mode de fonctionnement charge constante, comme lindique la Figure 2.2.1,

avec un temps suffisant pour que lquilibre thermique soit atteint. La priode de

charge tB est nettement suprieure la constante de temps thermique T.

Figure 2.2.1 Type de service S1: service continu


2.2

P = puissance en kW tBr = temps de freinage en s, min

Pv = pertes en kW tL = temps de fonctionnement vide

en s, min, ou h

n = vitesse/min tr = facteur de service relatif (%)

= temprature en C tS = dure du cycle en secondesmax = temp. maximum en C tSt = temps dinactivit en s, min, ou ht = temps en s, min, ou h T = constante de temps thermique en

min

tB = priode de charge tA = temps de dmarrage en s, min

JM = moment dinertie du moteur en kgm2

Jext = moment dinertie de la charge par rapport larbre moteur kgm2

Identification S1: Spcification de la puissance en kW, si ncessaire

avec labrviation S1.

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2.1.2 S2: Service temporaire

Mode de fonctionnement charge constante, comme lindique la Figure 2.3.1,

pendant un temps dtermin ne permettant pas datteindre lquilibre thermique,

suivi dun intervalle dune dure suffisante pour rtablir 2. C prs la tempra-

ture dquilibre.

On parle de service temporaire, sil affiche une priode de charge de tB 3 T(constante de temps thermique). Par rapport au service continu, le moteur doit

fournir plus de puissance au cours de la priode de charge. Prire de consulter le

fabricant pour plus de dtails.

Figure 2.3.1 Type de service S2: service temporaire

2.3


Identification de S2: en spcifiant la priode de charge tB et la puis-

sance P en kW- Exemple: S2: 10 min, 11 kW.

- Des priodes de 10, 30, 60 et 90 min sont recommandes comme temps de

fonctionnement tB.

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2.4

2.1.3 S3: Service priodique intermittent sans dmarrage

Ce mode de fonctionnement consiste, comme lindique la Figure 2.4.1, en une

squence de cycles identiques comportant une dure du cycle tS charge con-

stante et un temps darrt trop court pour permettre datteindre lquilibre ther-

mique. Il sensuit que le courant de dmarrage naffecte pas lechauffement de

faon significative. Dans ce cas, tB 3 T. Pendant ce temps, la puissance doittre plus leve que le rendement du moteur en service continu. Prire de con-

sulter le fabricant pour plus de dtails.

facteur de service relatif

tr = 100

Figure 2.4.1 Type de service S3: service priodique intermittent sans dmarrage

Si la dure du cycle na pas t spcifie, appliquer lquation tS = 10 min.

Les valeurs recommandes pour le facteur de service relatif tr sont 15%, 25%,

40%, et 60%.

Facteur de service relatif tr = 100

tB

priode de charge en s, min ts

= dure du cycle en s, min

tr = facteur de service relatif en %

Identification: en spcifiant la priode de charge tB, avec la dure du

cycle tS, et la puissance P, sans oublier de prciser le facteur de ser-

vice relatif tr en % et la dure du cycle.

- Exemple: S3: 15 min / 60 min. 11 kW

- Exemple: S3: 25%, 60 min. 11 kW

tB

tB + tS

tB

tB + tS

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2.1.4 S4: Service priodique intermittent avec dmarrage


squence de cycles de service identiques de la dure tS, dont chacun comporteun temps de dmarrage distinct tA, un temp tB charge constante et temps sans

charge tSt.


tr = 100

Figure 2.5.1 Type de service S4: service priodique intermittent avec dmarrage

Il est important de vrifier, dans ce cas, si le moteur sarrte la fin du cycle par

effet de la charge ou cause dun freinage mcanique. Il y a lieu dindiquer

galement si le moteur continue de tourner, aussitt son arrt, ce permettant de

refroidir sensiblement les enroulements. Sans cette indication, on suppose que le

moteur sarrte en un temps trs court.

2.5

Cycle de service relatif tr = = 100

tA = temps de dmarrage en s, min ts = dure du cycle en s, min

tr = facteur de service relatif en % tB = priode de charge en s, min

tSt = temps dinactivit en s, min

Identification: en spcifiant le facteur de service relatif tr en %, le

nombre ZL de dmarrage/heure et la puissance P

- Exemple: S4: 25%, 500 dmarrages/ heure, 11 kW

- et les informations relatives au moment dinertie du moteur et la charge JM

et Jext au cours du dmarrage.

tA + tB

tS

(tA + tB) 100

tA + tB + tSt

tA + tB

tA + tB + tSt

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2.1.5 S5: Service priodique intermittent avec dmarrage et freinagelectrique

Ce mode de fonctionnement consiste, comme lindique la Figure 2.6.1, en unesquence de cycles de services semblables de la dure tS, dont chacun comporte

un temps de dmarrage distinct tA, un temps tB charge constante et un temps tBde freinage lectrique haute vitesse. Il nexiste pas de temps darrt.


tr = 100

Figure 2.6.1 Type de service S5: service priodique intermittent avec dmarrage

et freinage lectrique.

Par rapport au service continu S1, une rduction de puissance est indispensable

dans ce mode. Prire de consulter le fabricant pour plus de dtails.


2.6

Facteur de service relatif tr = = 100

tA = temps de dmarrage s, min tSt = temps dinactivit en s, min

tB = priode de charge en s, min tr = facteur de service relatif en %

ts = dure du cycle en s, min tBr = temps de freinage en s, min

Identification: comme pour S4, mais il est ncessaire de spcifier le

type de freinage (par inversion de phase, ou par rcupration, etc.)

- En cas de doute et si les temps de dmarrage et de freinage sont longs par

rapport au temps de fonctionnement nominal, indiquer les trois intervalles de

temps sparment.

- Exemple: S4: 25%, 500 dmarrages/heure, freinage par inversion de phase,

11 kW

- Et des informations supplmentaires relatives au moment dinertie du moteur

et la charge JM

et Jext

au cours du dmarrage et du freinage.

tA + tB + tBr

tS

(tA + tB+ tBr) 100

tA + tB+ tBr + tSt

tA + tB+ tBr

tA + tB + tBr + tSt

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2.1.6 S6: Service continu charge intermittente

Ce mode de fonctionnement consiste, comme lindique la Figure 2.7.1, en unesquence de cycles de service semblables, de la dure tS, dont chacun comprend

un temps tB charge constante et un temps de fonctionnement vide tL, sans

temps darrt. Une fois le temps de fonctionnement tB coul, le moteur continue

de tourner vide. Du fait des courants vide, le moteur ne parvient pas se

refroidir jusqu la temprature dquilibre mais il est ventil pendant le temps

de fonctionnement vide tL. Cest le mode de fonctionnement, tB T.


tr = 100

Figure 2.7.1 Type de service S6: service continu charge intermittente

Par rapport au service continu S1, il est possible de slectionner une puissance

plus leve pendant le temps de fonctionnement tB. Prire de consulter le fabri-

cant pour plus de dtails.

2.7


Facteur de service relatif tr = 100 = 100

tB = priode de charge en s, min tL = temps de fonctionnement

vide en s, min

ts = dure du cycle en s, min tr = facteur de service relatif en %

Identification: comme pour S3, en spcifiant le cycle de service tB,

la dure de cycle tS, et la puissance P

- Exemple: S6: 25%, 40 min, 11 kW

- Si la dure de cycle n,est pas spcifie la valeur, tS = 10 min doit tre

applique.

tB

tS

tB

tB+ tL

tB

tB + tL

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2.1.7 S7: Service intermittent avec dmarrage et freinage lectrique

Ce mode de fonctionnement consiste, comme lindique la Figure 2.8.1 en unesquence de cycles de service semblables de la dure tS, dont chacun comporte

un temps de dmarrage distinct tA, un temps tB charge constante P et un temps

tBr de freinage lectrique. Il nexiste pas de temps darrt.

facteur de service relatif tr = 1

Figure 2.8.1 S7: Service intermittent dmarrage et freinage lectrique


dans ce mode. Prire de consulter le fabricant pour plus de dtails.


2.8

Facteur de service relatif tr = 1

Identification: comme pour S4, sans avoir spcifier le facteur de

service tr, mais en prcisant le type de freinage (par inversion de

phase, par rcupration, etc).

- En cas de doute et si les temps de dmarrage et de freinage sont longs par

rapport au temps de fonctionnement nominal, indiquer les trois intervalles

de temps sparment.

- Exemple: S7: 500 cycles de service/heure, freinage par inversion de phase, 11 kW.

- Des informations supplmentaires relatives au moment dinertie du moteur

et la charge JM et Jext au cours du dmarrage et du freinage.

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2.1.8 S8: Service ininterrompu variations priodiques de charge etde vitesse


squence de cycles de services semblables de la dure tS; chacun de ce cycle

comporte un temps charge constante correspondant une vitesse dtermine

suivi dun ou plusieurs temps dautres charges correspondant autant de

vitesses, par exemple par commutation des ples. Il nexiste pas de temps dar-

rt ni de temps dinactivit.

Ce mode ne peut pas tre exprim en une seule formule. Il est ncessaire du-

tiliser une charge continue approprie comme rfrence pour le cycle de charge :

2.9


Facteur de service

relatif tr1 = = 100

Facteur de service

relatif tr2 = = 100

Facteur de service

relatif tr3 = = 100

tA = temps de dmarrage s, min ts = dure du cycle en s, min

tB = priode de charge en s, min tr = facteur de service relatif in %

tBr= temps de freinage en s, min

Identification: comme pour S5, mais il faut spcifier pour chaque

vitesse le temps au cours duquel ces vitesses se produisent dans

chaque priode de cycle.

- Exemple: S8: 30%, 3000/m, 10 min, 1500/m 20 min. 2 cycles/ heure. 11 kW

- Des informations supplmentaires relatives au moment dinertie du moteur

et la charge JM et Jext au cours du dmarrage et du freinage.

tA + tB1

tS

(tA + tB1) 100

tA + tB1 + tBr1 + tB2 + tBr2 + tB3

(tBr1 + tB2) 100


(tBr2 + tB3) 100


tBr1 + tB2

tS

tBr2 + tB3

tS

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Figure 2.10.1 Type de service S8: Service ininterrompu variations

priodiques de charge et de vitesse

Facteur de service relatif tr1 = 100




dans ce mode. Le calcul prcis tant trs complexe, il nest possible que si le

fabricant fournit des informations trs dtailles.


2.10

tA + tB1

tA + tB1 + tBr1 + tB2 + tBr2+ tB3

tBr1 + tB2


tBr2 + tB3


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2.1.9 S9: Service ininterrompu variations non priodiques de chargeet de vitesse

Ce mode de fonctionnement est caractris, comme lindique la Figure 2.11.1par des variations de charge et de vitesse non priodiques comprises dans la

plage de fonctionnement maximale. Etant donn que des charges maximales net-

tement suprieures la puissance nominale peuvent tre atteintes assez souvent,

on peut rsoudre le problme de la surcharge par un surdimensionnement

adquat.

Ce mode ne peut pas tre exprim en une seule formule. Il est ncessaire du-

tiliser une charge continue approprie comme rfrence pour le cycle de charge :

Figure 2.11.1 Type de service S9: service ininterrompu variations non

priodiques de charge et de vitesse

Par rapport au service continu S1, le rendement continu quivalent du type de

service S9 peut tre infrieur, gal ou mme suprieur, en fonction des carac-

tristiques de la charge et la longueur des intervalles.

2.11

Identification: le fabricant et les utilisateurs conviennenthabituellement une puissance continue quivalente ("equ") en lieu

et place dune charge qui varie en fonction des vitesses et dun

fonctionnement irrgulier y compris la surcharge.

Example: S9, 11 kW equ 740/min; 22 kW equ 1460/min

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29/62

2.2. Valeurs moyennes de puissance, couple et intensit

Lutilisation relle dun moteur diffre bien souvent des types de service S1 S9

dcrits au pralable car la puissance requise P ou le couple ML et donc linten-

sit I ne sont pas constantes. Etant donn que les pertes Pv voluent comme le

carr de la charge, il est possible de remplacer les valeurs unitaires (puissances,

couples et intensits) par une puissance moyenne Pmi.

Figure 1.12.1 Dtermination de la puissance moyenne Pmi, du couple moyen

Mmi et de lintensit moyenne Imi (Ieff).

Puissance moyenne Pmi =

Ces valeurs sont dtermines laide dune conversion du second degr, comme

lindique la Figure 2.12.1, en utilisant les puissances unitaires et les temps

effectifs associs. Le couple maximal qui en rsulte ne doit pas dpasser 80% du

couple maximal au dmarrage pour un moteur induction triphas. Le calcul de

la valeur moyenne nest plus possible si lon opte pour la configuration S2.


2.12

P1

t1

+ P2

t2

+ P3

t3

t1 + t2 + t3

2 2 2

Cycle

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Lorsque les puissances diffrent de plus dun facteur 2, ce calcul de la valeur

moyenne devient trop imprcis, et il faut utiliser lintensit moyenne, figurant

parmi les caractristiques du moteur, pour excuter les calculs prvus.

Exemple: on a calcul les cycles de charge ci-aprs pour un automate de manip-

ulation industrielle en supposant une dure de cycle de 10 minutes:

6 kW pour 3 minutes, 3 kW pour 2 minutes, 7 kW pour 2 minutes, 2 kWpour 3

minutes:

Quelle est la charge moyenne?

Pmi = = = 4,85 kW

2.13

P1 t1 + P2 t2 + P3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 26 3 + 3 2 + 7 2 + 2 3

3 + 2 + 2 + 3

2 2 2 2

Puissance moyenne Pmi =

Couple moyen Mmi=

Intensit moyenne (Ieff) =

P1 t1 + P2 t2 + P3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2

M t1 + M2 t2 + M3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2

I1 t1 + I2 t2 + I3 t3 + ...

t1 + t2 + t3 + ...

2 2 2

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2.3 Puissance dun moteur et types de services

Il est possible de diviser les types de service S1 S9 en deux groupes, selon

quune augmentation ou rduction de la puissance nominale par rapport S1 est

possible ou ncessaire :

2.3.1 Augmentation de puissance par rapport S1

Etant donn que dans les types de service S2, S3 et S6 la machine nest pas

actionne continuellement pleine charge, mais uniquement par intermittence,

elle peut refroidir de nouveau pendant le temps dinactivit tSt, et schauffermcaniquement et thermiquement au cours de la priode de charge tB. Les vari-

ables suivantes jouent un rle dterminant dans le calcul de laugmentation max-

imum :

Il faut reconnatre nanmoins que ce calcul nest pas trs simple. Cest bien la

raison pour laquelle plusieurs fabricants de moteurs induction triphass offrent

aujourdhui des logiciels spcialement conus pour le calcul dun moteur qui

permettent didentifier le moteur appropri une application en toute rapidit et

fiabilit.


2.14

Augmentation de puissance par rapport S1 : pour S2, S3 et S6Rduction de puissance par rapport S1 : pour S4, S5, S7 et S8

Pn Puissance nominale du moteur en kW

Pmech Capacit limite mcanique du moteur en kW

Pth Capacit limite thermique du moteur en kW

Mn Couple nominal en Nm

MK Couple maximal au dmarrage en Nm

T Constante de temps thermique en minutes (Tableau 2.18.1)

k0 Rapport des pertes quivalentes vide/avec charge (Tableau 2.18.2)

tr Facteur de service relatif en %

h Rapport de dissipation de chaleur ventile/non ventile (Tableau 2.19.1)

z0 Frquence de commutation vide/heure (Tableau 2.19.2)

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32/62

2.3.2 Capacit limite mcanique

Lorsquon augmente la puissance dans les types de service S2, S3, et S6, il faut

prendre en compte la capacit limite mcanique Pmech. Daprs les normes en

la matire : "Il doit tre possible de surcharger des moteurs induction triphass,

quels que soient le type de service et la conception, pendant 15 secondes la

tension nominale et la frquence dentre jusqu 1,6 fois le couple nominal."

Les donnes de catalogue doivent indiquer des tolrances allant jusqu -10% de

manire ce que le couple maximal au dmarrage MK soit plus lev dun fac-

teur de 1,76 par rapport au nouveau couple accru Mmax. Il est donc ncessairede dfinir la capacit limite mcanique, comme suit, en ce qui concerne les don-

nes de catalogue :

2.3.3 Rduction de puissance par rapport S1

Dans les types de service S4, S5, S7, S8 et S9, la puissance du moteur doit tre

rduite tant donn que les pertes au dmarrage ou au freinage jouent un rle

essentiel dans ces cas.

La mthode de calcul se base sur la frquence de commutation vide maximum

z0 comme lindique le Tableau 2.19.2. Il sagit du nombre maximum de com-

mutations admissibles par heure sans que le moteur surchauffe. Il est possible de

dterminer la frquence de commutation maximum admissible z pour une condi-

tion de charge donne laide de facteurs de rduction comme le facteur diner-

tie, le facteur de contre-couple et le facteur de charge.

Le facteur dinertie FIprend en considration des moments dinertie externescomme le moment dinertie du moteur JMot et le moment dinertie de la charge

Jzus:

2.15


Capacit limite mcanique Pmech

Pn = puissance nominale en W

Mn = couple nominal en Nm

Mk = couple maximal au dmarrage en Nm

MK

Mn

Pn

1.76

Facteur dinertie FI =

JMot = moment dinertie du moteur en kgm2

Jzus = moment dinertie de la charge en kgm2

JMot + Jzus

JMot

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Si les vitesses de la machine entrane ne correspondent pas celles du moteur,

il faut convertir tous les moments dinertie en vitesse du moteur nMot:

Lefacteur de contre-couple kg prend en considration un groupe de charge

moyen ML, prsent au cours de lacclration, devant tre dpass par le couple

moyen du moteur MMot:

Si lon utilise des mcanismes rendement hG et que les vitesses sont donc dif-

frentes, les couples de charge de la machine entranes doivent tre convertis en

vitesse de moteur nn:


2.16

Moment dinertie de charge converti Jzus =

J = moment dinertie en kgm2

n = vitesse/min

J1 n21 + J2 n

22 +...

n2Mot

Facteur de contre-couple kg = 1 -

ML = couple de charge MMot = couple du moteur

ML

MMot

Couples de charge convertis ML = + + ...

M = couple en Nm n = tr/min

= rendement mcanique

ML1 n1

G1 nn

ML2 n2

G2 nn

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34/62

A cause du dmarrage et de lchauffement

qui en rsulte, la puissance nominale Pn pour

le moteur doit tre suprieure la puissanceeffective ncessaire P.

tA = temps de dmarrage, tB = temps de

charge,

tSt = temps dinactivit, tS = dure du cycle

Figure 2.17.1 Mode de fonctionnement S4 pour le service priodique dun

centre dusinage

A cause du dmarrage et de lchauffement

qui en rsulte, la puissance nominale Pn pour

le moteur doit tre suprieure la puissanceeffective ncessaire P.

.

tA = temps de dmarrage, tB = temps de

charge,

tBr = temps de freinage, tSt = temps

dinactivit,

tS = dure du cycle

Figure 2.17.2 Mode de fonctionnement S5 pour le service priodique dune

scie circulaire

0 0,5 1 n/ns

Figure 2.17.3 Plage de variation typique des caractristiques de couple pour

les moteurs induction triphass

2.17


puissance P

vitesse n

puissance P

vitesse n

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35/62

Facteur de charge kL : prendre en considration avec la charge pendant le

fonctionnement, dans les cas o les caractristiques de la charge ne seraient pasconnues prcisment :

Tableau 2.18.1 Constante de temps de chauffage typique T en minutes pour

moteurs induction

Tableau 2.18.2 Rapport typique des pertes quivalentes KO vide par rapport

celles en fonctionnement


2.18

Facteur de charge kL = 1 - (P / Pn)2

kL = Facteur de charge

P = Puissance requise en kW

Pn = Puissance nominale du moteur

k0 = Rapport des pertes quivalentes vide/en charge (Tableau 2.18.2)

h = Rapport de dissipation de chaleur ventil/non ventil (Tableau 2.19.1)tr = Facteur de cycle relatif (voir types de service S1 S9)

(1 - ko)tr

(1 - ko)tr + (1 - tr)h

Pn puis. nom 2 ples 4 ples 6 ples 8 ples

kW min min min min

0,09 1,1 7 10 11 10 12

1,5 3,0 5 8 9 12 12 12 16

4,0 14 11 13 12

5.5 18.5 11 15 10 19 13 20 10 14

22 45 25 35 30 40 40 50 45 5555 90 40 45 50 50 55 55 65

110 132 45 50 55 60 75


kW

0,09...1,5 0,35 0,45 0,5 0,5

2,2...18,5 0,25 0,25 0,3 0,3

22 0,25 0,25 0,3 0,3

30...55 0,25 0,3 0,3 0,3

75...160 0,35 0,35 0,3 0,3

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36/62

Les pertes quivalentes reprsentent la somme des pourcentages des pertes uni-

taires qui contribuent lchauffement de lenroulement, comme les pertes en

charge, les pertes fer et les pertes du rotor.

Tableau 2.19.1 Rapport typique h de la dissipation de chaleur entre moteurs

non ventils et ventils.

Tableau 2.19.2 Frquence de commutation vide typique z0par heure

2.19



kW

0,09...18,5 0.4 0.45 0.5 0.5

22...500 0.2 0.3 0.3 0.3

Dimension 2 ples 4 ples 6 ples 8 ples

56 2 300 5 000 8 000 -

63 3 000 8 600 8 000 -

71 4 000 6900 6 000 7 000

80 1 700 5 000 5 500 8 000

90S 2 000 3 000 7 900 11 000

90L 2 000 2 500 6 200 11 000

100L 1 000 4 000 5 100 10 000

112M 720 1700 3 200 2 500

132S 450 850 2 200 2 800

132M - 1000 1 700 3 000

160M 400 900 1 700 2 300

160L 400 900 1 600 2 300

180M 200 600 - -

180L - 550 800 1 200

200L 150 400 620 900

225S - 280 - 700

225M 90 270 450 670

250M 60 200 320 500

280S 41 130 260 400

280M 39 120 240 370

315S 34 100 180 300

315M 32 90 170 269

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3.1

3 Courbes de couples caractristiques

Les moteurs sont dimensionns correctement sils sont actionns, en moyenne,

au couple nominal Mn et la vitesse nominale nn leur permettant galement de

dvelopper, la puissance nominale Pn et dabsorber lintensit nominale In. Il est

possible de ramener les caractristiques de couple de la plupart des machines

entranes des courbes typiques et donc caractristiques, ce qui facilite norme-

ment la conception du moteur.

Les charges ou machines entranes sont des dispositifs mcaniques utiliss pour

usiner ou forger des matriaux, par exemple les machines-outils, les presses, les

calandres, les centrifuges, etc., mais galement des systmes de transportcomme

les grues, les tapis transporteurs, et les mcanismes de roulement. En outre, les

pompes et les ventilateurs peuvent tre runis en un seul groupe. Dans des

machines trs grandes et complexes comme les laminoirs ou machines papier,

le systme dentranement est divis en parties dont chaque moteur doit tre

examin sparment aux fins de la conception. La structure dtaille de la

machine entrane nest pas habituellement prise en compte lors de la conception

dun moteur tant donn quon peut se limiter prciser la courbe caractris-

tique de couple ML = f(n) ou ML = f(t), la vitesse enfonction du temps n = f(t),

lacclration/dclration admissible maximum et le moment dinertie total,

ramen larbre dentranement.

En principe, les caractristiques diffrent normment entre les fonctionnements

vide et pleine charge. Le moment dinertie peut galement varier suivant

quil y a plus ou moins de matriaux traiter dans la machine.

Il est impratif de connatre le comportement ducouple rsistant ML en

fonction de la vitesse afin dedimensionner le moteur et de vrifier les cycles

de dmarrage et de freinage.

Chaque machine entrane oppose un couple dtermin au moteur, qui est nor-

malement fonction de la vitesse. Il est appel couple dquilibre thermique et est

essentiellement dtermin par le processus technologique. Il agit normalement

dans le sens contraire du mouvement une exception prs : le mouvement de

descente dans les mcanismes de levage. Lorsque la vitesse change, les couples

dacclration et de dclration, qui sont dtermins par le moment dinertie,

viennent sajouter ce couple. La courbe caractristique du couple de la charge

tant connue dans la plupart des cas. On peut alors tablir une classification des

machines entranes.


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39/62

Pour avoir un aperu des diffrentes conceptions de machines, on doit les classer

en fonction de leurs caractristiques de couple ou de leurs courbes de puissances

comme lindiquent la Figure 3.2.1 et la Figure 3.4.1. On peut remarquer, dansce cas, que les ventilateurs et les compresseurs, prsentent des courbes de carac-

tristiques diffrentes suivant quils tournent pleine charge ou vide. Il est

prfrable de les dmarrer vide

Figure 3.2.1 Courbe caractristique de couple ou de puissance pour les charges

typiques en fonction de la vitesse

a M const. P proportionnel nb M proportionnel n, P proportionnel n2

c M proportionnel n2 P proportionnel n3

d M proportionnel 1/n P const.

Le couple rsistant moyen MLm est important dans plusieurs cas. Il est possible

de le dterminer en fonction du couple Mn, une fois lacclration termine,

pourvu que lon connaisse la courbe caractristique du couple.

3.1 Couples rsistants en fonction de la vitesse

Daprs les principes physiques dingnierie des moteurs, la puissance

mcanique P dun moteur est fonction du couple M et de la vitesse n ou de la

vitesse angulaire :

3.1.1 Cas o le couple reste constantLe couple dune machine entrane rsulte essentiellement du frottement

mcanique qui demeure constant dans une vaste plage de vitesses comme

lindique la Figure 3.2.1 a. Dans ce cas, un frottement statique accru se prsente

lors du dmarrage.


3.2

M = const.

P = const.

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40/62


3.3

Voici des exemples de charges mcaniques couple constant :

- mcanismes de levage, lvateurs, treuils

- machines-outils force de coupe constante

- tapis transporteurs, moteurs dalimentation

- rectifieuses sans ventilation- pompes pistons et compresseurs pression constante

- laminoirs ou broyeurs rouleaux

- en partie, les cisailles et les poinons

- raboteuses

- roulements, engrenages

Le couple rsistant moyen MLm de ces applications correspond de faon approx-

imative au couple nominal MNde la charge. Par consquent, la puissance P peut

tre proportionnellement rduite dans ces applications en diminuant la vitesse n.

Rduire la vitesse de moiti signifie rduire la puissance de moiti.

3.1.2 Le couple augmente en fonction de la vitesse

Ce rapport peut, comme lindique la Figure 3.2.1, tre reprsente par le frotte-

ment proportionnel la vitesse (frottement visqueux) au cours du laminage et du

traitement de papier, de textiles ou de carreaux en caoutchouc.

Exemples :

- calandres, extrudeuses

- satinage du papier et fixage des textiles

- freins courant de Foucault

Le couple rsistant moyen MLm de ces applications correspond de faon approx-

imative au couple nomninal Mn/ 2. En rduisant la vitesse n, la puissance P

diminue du carr de sa valeur. Si la vitesse n est rduite de moiti, la puissance P

nest gale qu un quart de sa valeur.

P = M n = M

En cas de couple constant M, la puissance P est proportionnelle la

vitesse n

P ~ n

Lorsque le couple M augmente proportionnellement la vitesse, la

puissance P augmente comme le carr de la vitesse n:

P ~ n2

2

60

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41/62

Figure 3.4.1 Courbes des caractristiques du couple rsistant de machines

entranes par moteur

A Applications diverses

a lvateurs, monte-charges, moteurs dalimentationb machine-outils pour la coupe de mtaux

c vhicules faible vitesse, (c') vhicules haute vitesse

d extrudeuses

e calandres

B Compresseurs

f compresseurs piston et contre-pression, (f') vide

g compresseurs rotation et contre-pression, (g') vide

h turbocompresseurs

C Ventilateurs

i ventilateurs contre-pression ou pompes centrifuges,(i') ventilateurs vide

k ventilateurs piston rotatif, (k') vide

D Broyeurs

l broyeurs boules

m broyeurs centrifuges

n broyeurs marteau

o broyeurs chocs


3.4

moteurs compresseurs

broyeursventilateurs

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

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42/62

3.1.3 Le couple augmente comme le carr de la vitesse

Ce rapport se prsente, comme lindique la Figure 3.2.1 surtout en cas de frotte-

ment de gaz ou de liquides.

Voici quelques exemples :

- souffleries et ventilateurs de tous les types

- hlices- machines pistons avec refoulement dans un circuit de tubes ouvert

- pompes centrifuges

- agitateurs, centrifuges

- vhicules

Le couple rsistant moyen MLm correspond approximativement un tiers du

couple nominal: Mn/3. Etant donn que le couple M augmente en raison du

carr de la vitesse n, la puissance P est fonction du cube de la vitesse.La rduc-

tion de la vitesse de moiti, ncessite un huitime de la puissance.

Ce rapport est important, par exemple, dans les moteurs des pompes et des ven-

tilateurs pour le chauffage et la ventilation. Au lieu de rduire le dbit de

refoulement avec un robinet-vanne ou un robinet papillon, il vaut mieux rgler

la vitesse du moteur dentranement.

3.1.4 Le couple diminue de faon inversement proportionnelle lavitesse

Le couple diminue mesure que la vitesse augmente, comme lindique la

Figure 3.2.1. Voici quelques exemples :

- tours en lair

- dcortiqueuses rotatives

- bobineuse

- enrouleuses

Le couple rsistant moyen ML ne peut tre dtermin que sur un graphique.

3.5


Lorsque le couple M augmente comme le carr de la vitesse la

puissance P augmente comme le cube de la vitesse n.

P ~ n3

Si le couple M diminue de faon inversement proportionnelle la

vitesse n, la puissance P demeure constante.

P const.

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43/62

3.2 Couples rsistants en fonction de langle

Ces courbes caractristiques se prsentent dans les appareils avec un mouvement

rciproque, par exemple les moteurs de table aussi bien que dans les appareils piston (compresseurs dans les thermopompes) cause de la charge intermittente.

Le courant lectrique que le moteur dentranement absorbe, suit le cycle du

mouvement et peut crer dans la ligne une chute de tension fluctuant de faon

rythmique. Il est de rgle de tracer le soi-disant schma de force de couple au

moment de la conception de ces applications.

3.3 Couples rsistants en fonction du parcours

Ce sont les couples typiques, des vhicules, par exemple, ou des moteurs de

table, des tlphriques et des tapis transporteurs.

3.4 Couples rsistants en fonction du temps

Ces moteurs sont chargs de faon intermittente ou priodiquement. Voici

quelques exemples :

- poinons

- appareils de levage

- systmes de transport

- concasseurs de pierres

- broyeurs boules

3.5 Couple initial au dcollement

Un autre concept fondamental est le soi-disant couple initial au dcollement ou

statique qui est d au frottement statique. Pour quun moteur puisse dmarrer de

faon fiable, il faut connatre cette valeur le plus prcisment possible et le cou-

ple de dmarrage MA du moteur doit dpasser le couple rsistant. En cas de

grandes machines quipes de paliers glissement, il peut dpasser consid-

rablement le couple nominal Mn.

La Figure 3.4.1 montre des courbes caractristiques relatives des couples de

machines entranes trs utilises. En les comparant celles de la Figure 3.2.1

on remarque que la plupart dentre elles sont typiques, ce qui en permet la classi-fication.

Exemple: la vitesse dun moteur induction fonctionnant avec un variateur de

vitesse peut tre rgle librement entre 50% et 100%. Quel en est leffet sur le

dbit dune pompe pistons ou dune pompe centrifuge?

Pompe pistons: le couple ncessaire est presque indpendant de la vitesse

comme lindique la Figure 3.2.1 a, cest pourquoi le couple demeure presque

constant. Le dbit est donc proportionnel la vitesse. A mi-vitesse, il chute,

en consquence, une valeur gale P' = P . 0,50 = 50%.


3.6

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44/62

Moteurs induction triphass

Pompe centrifuge : Dans les pompes centrifuges, comme lindique la Figure

3.2.1 c, il existe un rapport du second degr entre le couple requis et la

vitesse. Cest pourquoi la puissance varie de faon cubique. Par consquent, mi-vitesse la puissance est de P' = P . 0,53 = 0,125 = 12,5% ce qui permet de

rduire le dbit un huitime de la valeur dorigine.

Cet exemple dmontre lnorme influence du contrle automatique de la vitesse

sur la puissance dune machine entrane.

3.7

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45/62

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46/62

4.1

4 Choix et dimensionnement des moteurslectriques

Les moteurs lectriques sont des convertisseurs dnergie pour lesprocessus

cinmatiques caractrisant la technologie de bon nombre de machines entranes.

Voici quelques exemples :

Application des moteurs :

- machines-outils

- grues, lvateurs, vhicules

- pompes, ventilateurs, compresseurs

- presses, machines plier, laminoirs, calandres, etc.

Processus de lactionneur :

- robinet et vannes- dispositif dalimentation, robots

- processus cinmatiques dans les tringleries

Tous les processus cinmatiques impliquent les grandeursforce - couple - puis-

sance - energie et temps. Les solides, les liquides ou les gaz changent de position

en fonction du temps. Dautres concepts comme vitesse, acclration, efficacit,

etc., sont galement des facteurs importants. Les moteurs lectriques tirent ln-

ergie dun rseau dalimentation pour la convertir en nergie mcanique. Il est

possible de prvoir des dispositifs auxiliaires tels quembrayages, transmissions,

engrenages, freins et machines entranes entre le moteur et la charge effective,cest--dire, le solide, le liquide, ou le gaz en mouvement. Pour bien choisir et

dimensionner un moteur, il faut dterminer de faon trs prcise les paramtres

importants de tous les lments de la chane du flux dnergie, en commenant

par la charge effective. Cest pourquoi une slection adquate simpose. Pour

slectionner un moteur convenablement, il faut identifier un systme dentrane-

ment qui rponde aux bsoins cinmatiques prvus. Le dimensionnement dun

moteur est encore plus important que le type de moteur appropri et les acces-

soires tels que vitesses, freins, embrayages, etc.

Sil est vrai quun moteur sous-dimensionn ne peut pas tre actionn en service

continu, un moteur surdimensionn implique par ailleurs des frais inutiles, et un

fonctionnement anticonomique (frais de revient plus levs, fonctionnement

nettement moins efficace, pertes suprieures et consommation accrue de puis-

sance ractive) et peut charger la machine avec un couple dacclration exces-

sivement lev.


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47/62

Quoi quil en soit, les conditions dapplication principales doivent tre dfinies

compte tenu des facteurs dterminants ci-aprs :

transmission de puissance en tant quentranement simple ; le moteur peuttre coupl la charge directement ou par le biais dune transmission ou tre

utilis comme moteur central reli des arbres intermdiaires, des transmis-

sions par courroies ou par chanes etc.

conditions de fonctionnementcomme la capacit de surcharge, la frquence

de dmarrage, le mode de fonctionnement, les couples de crte, la tempra-

ture ambiante etc., qui influencent non seulement les dimensions du moteur

mais aussi la slection des accessoires pour le moteur.

conditions despace et possibilits damnagement de tout le systme qui

influencent essentiellement le choix des accessoires pour le moteur.

4.1 Puissance du moteur

Le moteur triphas induction est utilis principalement dans les technologies

dentranement cause de la simplicit de sa structure mcanique et lectrique

et de sa fiabilit leve. En effet, seules les caractristiques de couple et de

vitesse peuvent en limiter lapplication.

Le passage de courant gnre de la chaleur au niveau de lenroulement du stator

et au niveau du rotor; cette chaleur peut ne pas dpasser les tempratures spci-

fies pour les matriaux disolation de la classe IP. Les tempratures qui en

rsultent dpendent du niveau de la charge du moteur, de son oscillation dans le

temps et des conditions de refroidissement. Les moteurs sont dimensionns de

sorte ce que les tempratures limites ne soient pas dpasses si la charge est

constante, la puissance et aux conditions de fonctionnement nominales.

Le couple requis pour acclrerla masse centrifuge augmente le temps dac-

clration du moteur. Le courant de dmarrage qui circule pendant ce temps

chauffe normment lenroulement.

Lafrquence de commutation maximale, c.--d. que le nombre de dmarrages

conscutifs est limit. En effet, le moteur atteint sa temprature limite lors des

dmarrages frquents, mme vide, sans couple rsistant ni masse centrifuge

supplmentaire.

Lefacteur de service est un autre facteur important pour la slection. Lors

des intervalles de commutation, le temps de refroidissement doit tre suffisa-

ment long pour que la temprature limite ne soit pas dpasse au dmarrage

suivant. En cas de facteur de service court, le moteur peut accepter une

charge suprieure tant donn limpossibilit datteindre sa temprature limite

cause dun temps trop bref et il peut refroidir de nouveau lors des inter-

valles.

Les moteurs sousdimensionns peuvent tre surchargs thermiquement si le

temps de dmarrage est trop long alors que les moteurs surdimensionns

provoqueraient la surchauffe de la transmission et de la machine entrane au

moment du dmarrage.


4.2

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48/62


4.1.1 Donnes catalogue et paramtres dapplication

Un moteur dit "standard", habituellement induction, rpond la plupart des

exigences techniques des applications modernes. Les informations ci-aprs con-cernent ce type de moteur, sauf indication contraire. Il est possible dutiliser les

moteurs induction dans une vaste gamme dapplications. Pour pouvoir slec-

tionner le moteur qui sadapte le mieux aux spcifications du fabricant, il est

indispensable dtablir une configuration de base. Le but de la conception est de

parvenir la conformit aux conditions suivantes :

lalimentation

les caractristiques lectriques et mcaniques dun moteur

les conditions de fonctionnement

les cots dinvestissement, de fonctionnement et dentretien

la dure de vie

les mesures de protection environnementale et de prvention des accidents.

Il est possible de choisir sur la base de ces conditions, un moteur adquat et des

dispositifs auxiliaires appropris.

Tableau 4.3.1 Facteurs de slection pour le type de moteur et la puissance

nominale

4.3

Facteur de slection Caractristique moteur

Couple PuissanceMoment dinertie Temps de dmarrageCouples rsistants typiques Couple moteurAnalyse de conception par Optimisation- couple de charge - couple du moteur

- couple dacclration - temps de dmarrage

- temps dacclration - capacit dacclration

- frquence de commutation - chauffement moteur

Modes de fonctionnement Echauffement moteurConditions de dmarrage Courbe caractristique coupleFreinage et commutation EchauffementProcessus thermiques Capacit de charge

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49/62

4.1.2 Dtermination de la puissance nominale

La puissance nominale ou nominale dun moteur peut tre dtermine selon

divers facteurs, tant donn que les conditions remplir diffrent dune applica-

tion lautre. Laperu du Tableau 4.3.1 indique quels sont les facteurs de

slection importants :

4.1.3 Donnes catalogue

Il est possible de dterminer le degr de conformit dun moteur aux conditions

requises en le comparant aux donnes du catalogue du fabricant. Le Tableau

4.5.1 rpertorie les paramtres les plus importants respecter, en fonction de

lapplication. Certains de ces paramtres ont t standardiss tandis que dautres

sont spcifiques au fabricant ou la discrtion du client qui peut les choisir

parmi plusieurs alternatives. Par consquent, le concepteur dispose toujoursdune certaine marge de libert lorsquil dfinit un moteur. Plusieurs fabricants

proposent des configurations de moteurs modulaires. En gnral, les spcifica-

tions ci-aprs peuvent tre dfinies au moment de la commande :

conception du rotoret donc caractristiques de couple

systme de refroidissement

classe disolation des enroulements

forme de construction

type dinstallation

degr de protection.

4.1.4 Conditions de fonctionnement

Aux fins de la conception, les conditions de fonctionnement et les paramtres de

la charge entrane sont aussi importants que les donnes relatives au moteur.

Le Tableau 4.6.1 indique les donnes principales respecter pour la conception.

Dans des cas critiques, il est prfrable de slectionner le moteur dentranement

convenant aux spcifications de lentranement donn en collaboration avec le

fournisseur du moteur.

4.1.5 Procdure de slection des moteurs

Bon nombre des moteurs sont en service continu S1. Le premier facteur pren-

dre en compte pour la slection est la puissance en service continu. Etant donnque la dure de vie des appareils lectriques dpend en grande partie de la tem-

prature dans des conditions de fonctionnement continu, la slection dun

moteur doit tre excute trs attentivement. La deuxime tape de la procdure

de slection consiste en lvaluation de laptitude du moteur remplir les condi-

tions de dmarrage requises, en particulier en ce qui concerne le temps ou le

couple de dmarrage. Ces considrations sont essentiellement valables pour les

moteurs aux modes de fonctionnement complexes (S2 S9), pour lesquels lavis

des fournisseurs est normalement ncessaire cause des conditions de charge

variables et de la fluctuation des temprature au niveau des enroulements.


4.4

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50/62

Tableau 4.5.1 Donnes de catalogue pour moteurs

4.5


Donnes dfinir Remarques

Conditions lectriques requisesType de courant Tension de fonctionnement, pour les

Courant triphas, moteurs multitension indiquer toutesCourant monophas V les valeurs et les tolrances possiblesFrquence Hz

Donnes de catalogueDsignation de type Spcifications du fabricantRgime Pour moteurs multi-vitesse, indiquer la

puissance pour chaque vitesseVitesse Pour moteurs multipolaires, indiquer

la vitesse par puissanceCourant nominal A Spcifications du fabricantCourant initial de dmarrage/nominal Spcifications du fabricantCouple Nm Pour applications spcialesCouple initial de dmarrage/nominal Spcifications du fabricantCouple initial de dcollement/nominal Spcifications du fabricantCouple maximal de dmarrage /nominal Spcifications du fabricantMoment dinertie kgm2 Spcifications du fabricantRendement % Spcifications du fabricantTemps de blocage maxi s Spcifications du fabricantTemps de dmarrage maxi s Spcifications du fabricantTolrances Conformment aux normes

Type de conceptionCommutation Pour dmarrage toile, triangle

toujours spcifier triangleTriangle, toileType de rotorRotor cage, rotor bobinModle IM.. CEI 34-7, Partie 7Type de protection IP.. CEI 34-7, Partie 7Type de refroidissementRefroidissement naturel/interneRefroidissement automatique/de surfaceRefroidissement circuit ferm, sparClasse disolationB, F, H Indiquer la limite de temprature, si

ncessaireAmplitude vibrations Normale ou rduiteNiveau de bruit dbRglages spciaux Rglages lectriques et mcaniquesBornier Indiquer type de protection

et conception si ncessaireExtrmits darbre Indiquer type de protectionet conception si ncessaire

Composants ajouts et incorpors Indiquer linterrupteur/la fiche,si ncessaire

Freins, dynamo-tachymtriqueVentilation, radiateur ambiantInstruments de mesure de temprature Pour roulements ou enroulements stato-

riques- Protection thermistance- Interrupteur bilame Contacts denclenchement/dclenche-- Sonde PTC ment- Rsistances PTC

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Tableau 4.6.1 Donnes importantes pour la conception dun moteur


4.6

Donnes dfinir Remarques

Contre-couple ou Nm A convertir pour arbre moteurcouple rsistant- constant- augmentant en raison du carr vitesse- courbe spciale A convenir avec le fabricant si nces

saireMoment dinertie de la charge kgm2 A convertir pour la vitesse du moteur

maximale

Type de dmarrage- toile-triangle Dmarrage intensifi toile-triangle, v.- dmarrage pleine charge- dmarrage vide- autres mthodes Dmarreurs vitesses variables ou

variateurs de vitesse, ventuellement.

Freinage lectrique Par inversion de phase ou injection decourant continu

Mode de fonctionnementS1 Service continuS2 min Service temporaireS3 % Service priodique intermittent sans

dmarrageS4 %, c/h Service priodique intermittent avec

dmarrageS5 %, c/h Service priodique intermittent avec

dmarrage et freinage lectriqueS6 % Service continu charge intermittenteS7 c/h Service ininterrompu avec

dmarrage et freinage lectriqueS8 %, c/h Service ininterrompu

variations priodiques de charge etde vitesse

S9 Service in interrompu variations nonpriodiques de charge et de vitesse

Temprature ambiante oCAltitude mtres au-dessus du niveau de la mer

Sens de rotation horaire, anti-horaire ou les deux

Rglage de la vitesse mthodes et de......

Influences climatiques Considrer galement lhumidit rela-tive

Charge de roulement et darbreForce axiale N Direction de la force par rapport la

position de larbre

Force radiale N Indiquer la distance de lpaulementde larbre

Forces rotatives N

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52/62

4.2 Dimensionnement laide du couple rsistant

Le couple rsistant ML rsulte du contre-couple de la machine entrane aug-

ment du rendement avec lequel toutes les pertes mcaniques sont calcules.Selon les courbes des caractristiques de la charge, ce couple peut lors de lac-

clration,

- voluer graduellement (par exemple, les ventilateurs)

- atteindre la valeur nominale au dmarrage (par exemple, les appareils de lev-

age)

- napparatre quaprs lacclration (par exemple, les machines dusinage du

bois)

- tre prsente de faon constante ou intermittente

Pour un couple rsistant constant ML = vitesse const. et nominale n, le calcul se

fait selon le rapport ci-aprs :

En cas dappareil de levage, pour la puissance de levage P une vitesse donne

v et la force F, compte tenu du rendement , on obtient :

Le couple rsistant ML doit tre infrieur, au couple de moteur correspondant

MM tout moment pendant lacclration. Dans le cas contraire, aucune

acclration des vitesses suprieures naurait lieu.

4.7


P = puissance en W

Puissance P = M = couple en Nm

n = t/min

= rendement

M n

9,55

P = puissance de levage en W

Puissance P = F = force de levage en N

v = vitesse de levage en m/s

= rendement

F v

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53/62

4.3 Calcul laide du couple ou du temps dacclration

4.3.1 Couple dacclrationUne charge ne peut tre acclre que si le moteur dentranement fournit un cou-

ple suprieur celui que la charge ncessite. On appelle cette diffrence couple

dacclration MB. Le couple dacclration et les moments dinertie relatifs au

moteur, la transmission, et au systme acclrer forment le temps dacclra-

tion tA. Dans plusiers cas, on se limite supposer tout simplement que le couple

de charge reste constant au cours de lacclration. On parvient alors cette sup-

position en calculant un couple de charge moyen et en remplaant le couple du

moteur variable par un couple dacclration moyen constant rsultant des carac-

tristiques.

Pour un temps de dmarrage donn tA, le couple dacclration requis MB est cal-

cul comme suit :

4.3.2 Temps dacclration

Il est possible de dterminer le temps dacclration tA en utilisant le rapport ci-

aprs, si lon connat le couple dacclration moyen MB. Une mthode relative-

ment simple de calculer ce temps est indique dans la Figure 4.8.1. Le couple du

moteur MM et le couple rsistant ML sont tracs sur du papier millimtr en vue

de dfinir graphiquement les couples moyens, par exemple en comptant les car-

rs. Labaque final mettra en vidence le couple dacclration moyenne MB.

MM couple de moteur

ML couple rsistant

Mbmi couple dacclration moyenne

nb vitesse de fonctionnement

Figure 4.8.1 Dtermination du couple dacclration moyenne en compensant la

zone sur papier millimtr


4.8

Couple dacclration

MB = Mm - ML = J' = J' = =

MM = couple du moteur en Nm ML = couple rsistant en Nm

tA = temps de dmarrage en s = acclration angulaire/s2

n = vitesse moteurs/min = vitesse angulaire/s

MB = couple dacclration moyen en NmJ' = moment dinertie en kgm2 par rapport larbre moteur

t

J' n

9,55 tA

J' 2 n

60 tA

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Exemple: Supposons un moteur bipolaire avec n = 2980 t/min, P = 110 kW, J =

1,3 kgm2 ayant vide un couple dacclration moyen MB = 1,5 . Mn.

Quelle sera la dure

a) du temps de dmarrage vide?

b) du temps de dmarrage avec une charge de JL = 1000 kgm

2

une vitesse de nL = 300 tr/min sil ncessite constamment le couple

nominal pendant lacclration?

Solution: a) Temps de dmarrage vide

Couple nominal du moteur Mn = = = 352,5 Nm

Couple dacclration MB = 1,5 Mn = 1,5 352 = 528,7 Nm

Temps dacclration tA = = = 0,76 s

b) Temps dacclration avec la charge

Le moment dinertie de la charge ramen larbre moteur est :

J' = JL (nL/n)2 = 1000 kgm2 (300 t/min/2980t/min)2 = 10,1 kgm2

Il est possible dobtenir le moment dacclration effectif avec la charge de la

diffrence entre le couple dacclration moyen du moteur et le couple nominal

de la charge constamment demand :

MB = 1,5Mn - Mn = 0,5Mn

Temps dacclration tA = = = 20 s

4.9

Temps dacclration en s tA =

MB = couple dacclration moyen en Nm

J' = moment dinertie rduit par rapport larbre moteur en kgm2

n = vitesse moteur en tr/min

J n

9,55 MB

P 60

2 n

110 000 60

2 2 980

J n

9,55 MB

1.3 2 980

9,55 528,7

(J'+ JMot) n

9,55 MB

(10.1+1.3) kgm2 2 980 t/min

9,55 0,5 352,5 Nm

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Lorsque lon choisit un moteur, le temps dacclration tA doit tre, compte tenu

de la frquence de commutation, plus court que le temps maximum spcifi par

le fabricant. Les moteurs vide et ceux qui prsentent de faibles masses cen-trifuges supplmentaires comme les embrayages. etc. atteignent leur vitesse

vide trs facilement. Cela est aussi vrai en ce qui concerne le dmarrage avec

une charge. En effet, les temps de dmarrage ne sont trs longs quen cas dac-

clration de masses centrifuges importantes. On parle dans ce cas de dmarrage

lourdcomme par exemple, dans les centrifuges, le broyeurs boules, les calan-

dres, les systmes de transport et les grands ventilateurs. Ces applications nces-

sitent souvent des moteurs spciaux ainsi que des rducteurs appropris. La

Figure 4.10.1 indique les valeurs de rfrence de temps de dmarrage en fonc-

tion de la puissance.

Figure 4.10.1 Valeurs de rfrence typiques dues au dmarrage de moteurs stan-

dard en fonction de la puissance nominale de fonctionnement 1

dmarrage (moteur + embrayage)

2 dmarrage vide (sans masses centrifuges importantes)

Si la courbe du couple rsistant ML est complexe et que le couple du moteur

MM nest pas constant, il est avantageux de diviser le calcul en zones individu-

elles comme lindique la Figure 4.11.1 De cette faon, les temps dacclration

relatifs aux zones unitaires plus les couples dacclration moyens qui prennent

effet dans le segment sont calculs et ajouts pour les segments de vitesse uni-

taire (par exemple, 20% daugmentation de vitesse par segment).


4.10

0.2 0.4 1 2 4 10 20 40 100 200

Tempsdedmarrage(s)

Puissance nominale de fonctionnement kW

10

4

2

1

0.4

0.2

0.1

0.04

0.02

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4.4 Calcul laide de la frquence de commutation

Le dmarrage frquent de moteurs est appel mode de commutation pour lequel

on doit tenir sous contrle lafrquence de commutation horaire maximum.

Les donnes du fabricant indiquent habituellement la frquence de commuta-

tion vide horaire admissible, cest--dire le nombre de commutations aux-

quelles le moteur atteint sa temprature vide maximum. La frquence de com-

mutation joue un rle dterminant dans le mode de fonctionnement S4.

La frquence de commutation dun moteur est dtermine laide de sa valeur

de temprature limite. Il rsulte de la valeur moyenne carre du courant driv

des caractristiques du cycle. Cette valeur moyenne ne doit pas dpasser le

courant nominal de la machine.

Figure 4.11.1 Couple dacclration pour calculer le temps dacclration

lorsque le couple du moteur MMet le couple rsistant ML ne

sont pas constants et que leurs courbes sont trs diffrentes.

4.11


Temps dacclration pour couples non constants

tA = temps de dmarrage en stA = J' = moment dinertie ramen larbremoteur en kgm2

n = diffrence de vitesse en tr/minMB = couple dacclration en Nm

J' n9,55 MB

t/min

7/22/2019 icg-wp000_-fr-p

57/62

Les commutations excessives responsables du dclenchement des dispositifs de

protection voire de la destruction du moteur se prod

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