Comment sélectionner le bon moteur d’entraînement
25 août 2018
Owen Hurst
Il y a beaucoup de choses à considérer avant de sélectionner le moteur qui convient le mieux à votre utilisation, en particulier avec les avancées récentes dans la technologie des systèmes et des solutions de contrôle d’entraînement. Il existe une grande variété de moteurs et plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour bien choisir. L’époque où il suffisait d’acheter un moteur électrique standard et de l’installer est maintenant révolue.
Avec la demande mondiale en termes d’efficacité, les moteurs qui consomment une grande quantité d’énergie et fonctionnent à pleine vitesse pendant de longues périodes de temps ont été remplacés par une pléthore d’options plus efficaces. Mais avant de considérer les préoccupations concernant l’achat de moteurs, nous devons examiner leur histoire et les raisons pour lesquelles les options en termes de moteurs et de commandes d’entraînement sont devenues un élément essentiel.
Plus de 180 ans se sont écoulés depuis l’introduction du premier moteur électrique. Depuis, il y a eu une progression constante dans les solutions liées au transfert de mouvement et dans les types de machines électriques en fonction. Il y a ensuite eu des périodes de popularité pour des types de moteurs particuliers qui ont amené l’industrie à améliorer les solutions disponibles. Les moteurs DC, qui ont connu un pic de popularité dans les années 1990, sont maintenant généralement utilisés dans des secteurs industriels plus spécialisés (bien que nous puissions voir une résurgence avec le débat continu AC contre DC et l’expansion des produits nécessitant une alimentation DC). Plus récemment encore, le pic des moteurs DC a été lié à l’utilisation ciblée de moteurs à induction, grâce à leur conception simple, leur fiabilité, leur faible coût et leurs applications de contrôle. Au niveau mondial, plus de 90% des utilisateurs se servent de moteurs à induction dans leurs systèmes industriels.
Cependant, les problèmes liés à l’utilisation de ces moteurs sont de plus en plus pris en compte, d’autant plus que les entreprises recherchent aujourd’hui une plus grande efficacité énergétique, une longévité de la durée de vie des produits et des options de contrôle flexibles. Cela vient en partie de la prise de conscience que les moteurs électriques consomment environ 30-40% de la puissance électrique globale et environ 90% de la puissance utilisée dans le secteur industriel. Dans un monde de plus en plus axé sur la diminution de la consommation énergétique grâce aux progrès technologiques, les moteurs d’entraînement sont un élément clé pour réduire les taux de consommation d’énergie mondiale. Le problème a retenu l’attention en Europe, où l’UE a interdit la vente des moteurs électriques possédant l’efficacité énergétique la plus basse en 2011. (Pour une liste des normes d’efficacité IEC pour les moteurs électriques, voir: http://www.iec.ch/perspectives/government/sectors /electric_motors.htm.)
La réponse à la diminution du taux de consommation des moteurs d’entraînement a entraîné la fabrication de moteurs plus efficaces et de solutions de contrôle avancées avec surveillance de l’énergie en temps réel et variation de la fréquence ou de la vitesse des systèmes. Parmi eux, nous retrouvons les mécanismes d’entraînement à fréquence variable (VFD). Ceux-ci sont essentiellement des systèmes d’entraînement qui contrôlent la vitesse et le couple d’un moteur à courant alternatif, en ajustant la fréquence d’entrée et la tension du moteur. L’arrivée de moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM), ainsi qu’un intérêt croissant pour l’utilisation de moteurs pas à pas et de moteurs à courant continu sans balai (BLDCM) font également partie des nouveaux enjeux sur le marché.
Et donc, avec la variété d’options maintenant disponible en ce qui concerne les moteurs et les systèmes de contrôle, la question devient : quel moteur choisir pour votre application? Ce n’est pas une question facile à répondre puisqu’elle nécessite plusieurs réflexions.
Au départ, il y a quelques questions standards auxquelles il faut répondre.
- Quelle est la vitesse maximale dont j’ai besoin pour mon application?
- De combien de couples ai-je besoin?
- Y a-t-il des restrictions de taille que je dois connaître?
- Y a-t-il des conditions environnementales dans le lieu d’application (par exemple, de la poussière, de la chaleur directe, de l’humidité, des flux d’air…)?
- Ai-je l’intention d’utiliser un système de contrôle?
- Et enfin, quels sont les fonds disponibles pour acheter le moteur?
Ces principaux enjeux sont à considérer avant de choisir un moteur d’entraînement et vous mèneront à la prochaine grande question. Est-ce que je choisis un moteur AC ou DC? Et pour y répondre, nous devons considérer brièvement les différences primaires entre les deux systèmes.
Les moteurs à courant continu ont généralement un taux de rotation élevé (plus de 15 000 tours/min) qui doit être ajusté à votre utilisation, mais ils peuvent fonctionner avec des piles et être utilisés dans une variété d’applications, des petits équipements jusqu’aux machines industrielles. Ces moteurs sont petits, ont des systèmes de contrôle relativement simples, peuvent démarrer/s’arrêter rapidement et sont relativement rentables. Ils ne sont cependant pas très précis (une fluctuation de la vitesse est possible) et ils sont susceptibles de se détériorer à cause d’impacts environnementaux ou de charges excessives.
D’un autre côté, les moteurs à courant alternatif ne peuvent pas être alimentés par des batteries et nécessitent une connexion électrique directe. Mais comme les moteurs d’entraînement DC, ils peuvent être utilisés dans une large gamme d’applications, que ce soit pour des équipements ménagers ou dans des applications industrielles. Ils ont également tendance à être plus légers, à produire moins de friction, et à avoir une durée de vie plus longue. De plus, les moteurs AC présentent généralement un couple de démarrage plus élevé, nécessitent une maintenance moins coûteuse et plus facile et, en ce qui concerne les moteurs AC synchrones, ne présentent aucun glissement. Ils sont cependant plus difficiles à contrôler en termes de vitesse. De plus, les systèmes de contrôle et de communication sont plus compliqués et ont tendance à être plutôt bruyants. En ce qui concerne les moteurs à induction, ils nécessitent un interrupteur de démarrage et peuvent présenter des glissements de rotation.
Après avoir examiné les questions de base concernant les exigences d’application ainsi que les principaux avantages et inconvénients des moteurs AC et DC, les acheteurs devraient être maintenant mieux placés pour choisir le moteur qui sera le plus rentable selon les besoins; et qui fournira le meilleur retour sur investissement en termes de consommation d’énergie, de durabilité et de fonctionnalité.
