Comprendre la plaque signalétique d’un moteur électrique Les triphasés étant les plus communs ;-) © Colligé et rédiger par Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Introduction De nos jours, presque tous les processus industriels sont en mouvement grâce à des moteurs électriques. Ceux-ci sont normalisés pour permettre l’interchangeabilité entre les divers fabricants. D’où l’importance de bien comprendre tous les éléments retrouvés sur la plaque signalétique. Dans cette présentation, nous prendrons une plaque signalétique d’un moteur triphasé, car ils sont les plus communs en industrie. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La plaque signalétique J’ai choisi cette plaque, car elle contient toutes les informations que nous devons apprendre à connaitre. De plus, comme ce n’est pas un fabricant américain, on ne pourra pas me reprocher de faire de la publicité pour un de ceux-ci ;-) ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 On commence avec les normes… La fabrication des moteurs électriques est régie par différentes normes qui établissent les paramètres de construction tels que les caractéristiques électriques, les dimensions et le matériel à utiliser. NEMA : National Electrical Manufacturers Association (Américaine) EEMAC : Association des Manufacturiers électriques et Électronique du Canada CSA CEI : Commission électrotechnique internationale (IEC en anglais, européenne) IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers (européenne) : Canadian Standard Association Ici, ce moteur est approuvé par la CSA. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La puissance du moteur La puissance du moteur est indiquée en HP ou en KW. C’est la puissance que celui-ci développe quand il a atteint sa vitesse maximale. Donc, quand il a atteint sa vitesse maximale il a un torque de : 𝐻𝑝 𝑥 5252 1 𝑥 5252 𝑇= Donc 𝑇 = = 3,05 livres-pied 𝑅𝑃𝑀 ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 1720 La vitesse de rotation Cette information nous indique la vitesse de rotation de l’arbre quand celui-ci subit une charge équivalente à sa puissance maximale. Donc ce moteur tourne à 1720 RPM quand il a une charge de 1 HP . ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La vitesse de rotation La vitesse est aussi relative à la fréquence de la tension d’alimentation. La formule pour la vitesse de rotation est : 120 𝑥 𝑓𝑟é𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑝ô𝑙𝑒 𝑅𝑃𝑀 = Donc la vitesse théorique est de 1800 RPM… ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 # de Pôles Vitesse théorique 2 3600 4 1800 6 1200 8 900 La vitesse de rotation Il y a une différence entre la vitesse théorique et la vitesse réelle à cause du glissement entre le champ tournant et l’entrainement effectif du rotor. On peut calculer ce pourcentage de glissement avec la formule suivante : 𝑣𝑖𝑡.𝑡ℎé𝑜 − 𝑣𝑖𝑡.𝑟é𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑡.𝑡ℎé𝑜 𝑔𝑙𝑖𝑠𝑠𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡% = Donc pour ce moteur, son pourcentage de glissement serait de : 1800 −1720 1800 ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 = 0,044 𝑑𝑜𝑛𝑐 4,4% La classe d’insolation La durée de vie d'un moteur est liée en grande partie à son isolation, car celle-ci empêche le passage de courant entre les conducteurs ou à la masse. Les températures du tableau de la page suivante sont des valeurs permissibles lors du fonctionnement du moteur. Au-delà de ces températures, il y a vieillissement prématuré de l'isolation ce qui réduit la durée de vie du moteur. À titre indicatif, pour chaque 10°C au-dessus de la classe d'isolation, la durée de vie est réduite de 50%. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La classe d’insolation La température maximale est la somme de la température recommandée pour la classe d’isolation et de la température ambiante maximum qui est indiquée sur la plaque. La zone de danger est une marge de tolérance acceptable… Donc, le bobinage de notre moteur doit rester en bas de 130°C (80 + 40 + 10) pour avoir une durée de vie optimale d’à peu près 20,000 h. Classe d'isolation Plage de travail recommandée du bobinage Zone de danger Température maximale de bobinage A 60 Celcius 5 Celcius 105 Celcius B 80 Celcius 10 Celcius 130 Celcius F 105 Celcius 10 Celcius 155 Celcius H 125 Celcius 15 Celcius 180 Celcius ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La classe d’insolation Comme le bobinage est à l’intérieur du bâtie, il est difficile , voire impossible d’utiliser un thermomètre laser pour y valider la température de fonctionnement. Il est possible de vérifier la température à laquelle les enroulements sont soumis par une méthode appelée "par résistance". Cette méthode nécessite un ohmmètre de précision. Elle consiste à déterminer l'augmentation de température du bobinage entre le moment où le moteur est froid et le moment où il est à son plus chaud, car la résistance des conducteurs augmente proportionnellement à l’élévation de sa température. Procédure de test: 1. Avec le moteur à l'arrêt et à la température de la pièce, mesurer la résistance d'une phase. 2. Relever la température ambiante. 3. Mettre le moteur en service et le laisser fonctionner jusqu'à ce qu'il atteigne sa stabilité thermique (normalement 2 à 3 heures) 4. Une fois le moteur stabilisé, le mettre hors service et relever rapidement la résistance de la même phase. 5. Relever la température ambiante à la fin de l'essai. 6. Calculer l'échauffement avec la formule suivante : ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La classe d’insolation ∆𝑇 = 𝑅2−𝑅1 𝑅1 𝑥 (234,5 + 𝑇1) + 𝑇1 − 𝑇2 Où R1 = résistance du bobinage à froid (Ω) R2 = résistance du bobinage à chaud (Ω) T1 = température ambiante au début (°C) T2 = température ambiante à la fin (°C) Pour déterminer la température des enroulements : 𝑇𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎𝑔𝑒 = ∆𝑇 + 𝑇2 ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La tension d’alimentation Le voltage nous indique sous quelle tension le moteur peut fonctionner. Celui-ci possède deux possibilités de tension. Pour cette raison, le fabricant indique comment le brancher en fonction de la tension choisie. Cette information peut être sur la plaque signalétique ou sur une étiquette dans le boitier de connexion. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Le courant de fonctionnement Naturellement, avec la tension, vient le courant que le moteur va utiliser quand il tourne à sa vitesse maximum et à puissance maximum. Certaines plaques vont avoir l’indication F.L.A , qui veut dire Full Load Amperage. Comme ce moteur peut fonctionner avec différente tension, le fabricant indique les différentes intensités en fonction de la tension. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Note sur la tension d’alimentation La tension fournie par le réseau électrique est normalement stable, soit 208, 240, 480, 600, 2400, 4160 V. Ces tensions sont susceptibles de comporter certaines variations, c'est pourquoi la plupart des fabricants garantissent un fonctionnement acceptable des moteurs sous des baisses ou des hausses de 10% de la tension d'utilisation normale. Ces variations de tension ont un effet direct sur la saturation du circuit magnétique du moteur et, de ce fait, entraînent un changement de toutes ses caractéristiques. Le tableau ci-dessous montre l'influence d'un écart de ± 10 % de la tension sur les caractéristiques d'un moteur à induction de type B. Caractéristiques Tension 110 % 90 % Glissement - 17 % + 23 % Rendement +1% -2% Facteur de puissance -3% +1% Courant nominal -7% + 11 % Échauffement -4% +7% Couple de démarrage + 21 % - 19 % Courant de démarrage + 10 % - 10 % ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Note sur la tension d’alimentation Il est important de choisir un moteur qui possède une tension d'utilisation le plus près possible de la tension du réseau sur lequel il sera branché. Le graphique montre l'influence de la tension sur le courant à vide et en charge d'un moteur asynchrone de type B. On peut remarquer que le courant à vide peut atteindre la valeur du courant nominal en charge si la surtension est trop importante. Pour la courbe, on suppose un moteur optimisé à 460 V. Cette courbe peut être décalée en regard du niveau de saturation du moteur. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Type de construction ENCL = enclosure = type de construction. Il existe deux types de construction : ◦ Moteur ouvert ◦ Moteur fermé ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Moteurs ouverts Dans ce type de construction, l'air est aspiré et circule à l'intérieur du moteur sur le bobinage pour le refroidir avant d'en ressortir. Protégé contre les gouttes d'eau: les ouvertures de ventilation sont situées de façon à protéger le moteur contre les chutes de gouttes d'eau ou de poussières, jusqu'à 15 ° de la verticale. (Open Drip proof, ODP) Protégé contre les éclaboussures: les ouvertures de ventilation sont situées de façon à protéger le moteur contre les chutes de gouttes d'eau, de poussières ou de particules solides jusqu'à 100° de la verticale. (Open Splash Proof, OSP) À ventilation externe: ventilé au moyen d'un système de ventilation actionné par un moteur indépendant. (Open Fan Cooled, OFC) À canalisation d'air: un conduit d'air peut être fixé aux ouvertures du moteur de façon à réduire la possibilité d'infiltration de pluie, de neige et de particules solides. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Moteur Fermés La construction de ce type de moteur ne permet pas l'échange d'air de l'extérieur vers l'intérieur. Il ne peut opérer qu'avec un ventilateur monté directement sur l'arbre. L'air dégagé par l'hélice créera un "champ d'air" qui aidera au refroidissement du moteur. Fermé ventilé : Un ventilateur est monté sur l'arbre du moteur pour forcer l'air à circuler sur la carcasse. La carcasse de ce moteur est souvent munie d'ailettes pour faciliter l'échange de chaleur. (TEFC: Totally Enclosed Fan Cooled) Fermé non ventilé : Ce moteur ne possède aucune ventilation et est généralement de faible puissance. Dans certains cas, sa charge peut-être elle même un ventilateur à hélice qui permettra une ventilation supérieure au moteur fermé ventilé. (TEAO : Totally Enclosed Air-Over): Antidéflagrant: ce moteur supporte des explosions de gaz internes et empêche l'inflammation de gaz externes.(TEEP : Totally Enclosed Explosion Proof) Protégé contre les poussières inflammables: sa conception exclut l'introduction de poussières inflammables à l'intérieur du moteur. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Type de service Le type de service peut aussi être identifié par « time rating » , « duty » ou encore « duty cycle ». En principe, les moteurs triphasés à induction en service continu sont spécialement conçus pour tourner à la puissance nominale. La plupart des moteurs fonctionnent souvent en service non continu. Certains moteurs ne fonctionnent que pendant une brève période, d’autres tournent toute la journée, mais avec une faible charge, et de nombreux moteurs doivent accélérer de fortes inerties ou sont commandés en mode commuté et freinés électriquement. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Type de service Neuf types de services principaux de S1 à S9 ont été spécifiés dans la norme CEI 34. La plupart des cas qui se présentent dans la pratique peuvent être ramenés à l’un de ces types de service : S1: Service continu S2: Service temporaire S3: Service périodique intermittent sans démarrage S4: Service périodique intermittent à démarrage S5: Service périodique intermittent à démarrage et freinage électrique S6: Service continu à charge intermittente S7: Service ininterrompu à démarrage et freinage électrique S8: Service ininterrompu à variations périodiques de charge/de vitesse S9: Service ininterrompu à variations non périodiques de charge/de vitesse Le plus commun en industrie est le service continu… ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Hp au démarrage Telles que définies par NEMA, les valeurs de kilovoltampère par hp correspondent à une lettre pour les moteurs triphasés. La valeur attribuer à cette lettre nous permet de calculer l’intensité au démarrage. Cette information est utile pour la sélection ou l’ajustement des protections. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Hp au démarrage CODE kVA/hp CODE kVA/hp A 0,00 - 3,14 L 9,0 - 9,99 B 3,15 - 3,54 M 10,0 - 11,19 C 3,55 - 3,99 N 11,2 - 12,49 D 4,00 - 4,49 P 12,5 - 13,99 E 4,5 - 4,99 R 14,0 - 15,99 F 5,0 - 5,59 S 16,0 - 17,99 G 5,6 - 6,29 T 18,0 - 19,99 H 6,3 - 7,09 U 20,0 - 22,39 J 7,1 - 7,99 V 22,4 et plus K 8,0 - 8,99 Chaque lettre offre une plage de valeur. Dans la pratique, nous utilisons la valeur moyenne pour notre calcul. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Hp au démarrage La formule pour le KVA par Hp est : 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑥 𝐶𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑥 3 1000 𝑥 𝐻𝑃 𝐾𝑉𝐴 = À partir de cette formule, si on isole le courant de démarrage et que l’on simplifie, cela nous donne : 𝐶𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 = Comme notre moteur a le code K, s’il est alimenté à 208 volts, son intensité de démarrage sera : 1 𝑥 8,5 𝑥 577 208 𝐻𝑝 𝑥 𝐾𝑉𝐴 𝑥 577 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 = 23,58 Ampères … Nous sommes loin du 3,8 ampères utilisé en cours de fonctionnement… ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Efficacité à pleine charge Le rendement d'un moteur s'exprime en pourcentage. Il est le rapport entre la puissance électrique absorbée par le moteur et la puissance mécanique disponible au bout de l'arbre. Le moteur idéal transformerait toute son énergie électrique en énergie mécanique et son rendement serait donc de 100%, mais ce moteur n'existe pas encore. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Efficacité à pleine charge Si un moteur possède un rendement de 80%, cela signifie que 20% de la puissance électrique absorbée s'est perdue dans le moteur. La principale source de perte est le bobinage. Quand un courant circule dans un fil ayant une certaine résistance, l'énergie électrique se transforme en chaleur. Ce phénomène est appelé les pertes joules. Viennent ensuite les pertes dans le fer, c'est-à-dire l'énergie utilisée pour magnétiser les tôles laminées sur lesquelles le bobinage est enroulé. Les faibles courants circulant entre les tôles sont appelés les pertes de fer. Les pertes au rotor sont aussi causées par le frottement des roulements et le ventilateur. Même si elles sont beaucoup moins importantes que les autres pertes, elles sont toujours présentes. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Le bâtie Fr-Frame = Numéro selon NEMA en référence avec les dimensions mécaniques du bâti du moteur. Cette information assure l'interchangeabilité mécanique des moteurs pour les dimensions de montage et d'arbre. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Les dimensions… Bâtie D E 2F 42 2-5/8 1-3/4 1-11/16 48 3 2-1/8 2-3/4 3-1/2 27/16 3-1/2 2-3/4 3 5 4 5 4-1/2 5-1/2 4-1/2 5-1/2 5-1/2 7 5-1/2 7 56 56H 143T 145T 182 184 182T 184T 213 215 213T 215T 4-1/2 3-3/4 5-1/4 4-1/4 H 9/32 SLOT 11/32 SLOT 11/32 SLOT 11/32 13/32 13/32 N O P U V AA AB AH AJ AK BA BB BD XO Filet Clavette 1-1/2 5 4-11/16 3/8 1-1/8 3/8 4-1/32 1-5/16 3-3/4 3 2-1/16 1/8 4-5/8 1-9/16 1/4-20 Plat 1-7/8 5-7/8 5-11/16 1/2 1-1/2 1/2 4-3/8 1-11/16 3-3/4 3 2-1/2 1/8 5-5/8 2-1/4 1/4-20 Plat 2-7/16 2-1/8 6-7/8 6-5/8 5/8 1-7/8 1/2 5 2-1/16 5-7/8 4-1/2 2-3/4 1/8 6-1/2 2-1/4 3/8-16 3/16 2-1/2 6-7/8 6-5/8 7/8 2-1/4 3/4 5-1/4 2-1/8 5-7/8 4-1/2 2-1/4 1/8 6-1/2 2-1/4 3/8-16 3/16 7/8 7/8 1-1/8 1-1/8 1-1/8 1-1/8 1-3/8 1-3/8 2-1/4 2-1/4 23/4 2-3/4 3 3 33/8 3-3/8 2-1/8 2-1/8 2-5/8 2-5/8 2-3/4 2-3/4 3-1/8 3-1/8 5-7/8 5-7/8 7-1/4 7-1/4 4-1/2 4-1/2 81/2 8-1/2 1/8 1/8 1/4 1/4 6-1/2 6-1/2 9 9 3/8-16 3/8-16 1/2-13 1/2-13 7-1/4 8-1/2 1/4 9 3/16 3/16 1/4 1/4 1/4 1/4 5/16 5/16 2-11/16 2-11/16 3-9/16 3-9/16 3-1/2 3-1/2 3-7/8 3-7/8 8-11/16 7-7/8 10-1/4 9-9/16 3/4 5-7/8 3/4 7-3/8 2-3/4 3-1/2 2-3/8 2-3/4 Voici un extrait du tableau dimensionnel de la norme NEMA. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 1/2-13 Le facteur de service Service factor : Facteur de service indiquant la capacité de dépassement de manière soutenue de sa puissance nominale mécanique. Avec un facteur de 1,15, cela veux dire que l’on peut dépasser de 15% de la puissance nominale sans que le moteur en souffre, mais il se peut que le RPM et le courant maximal en soit affectés. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Les roulements Certains fabricants sont gentils avec les mécaniciens qui doivent faire l’entretien des moteurs électriques. Ils nous donnent les numéros de roulements qui sont à l’intérieur. Ainsi nous pouvons valider d’avoir les roulements en main avant d’ouvrir le moteur. D.E = Drive End = côté de l’arbre de sortie O.D.E = Opposite Drive End = côté opposé à l’arbre de sorti. C’est le côté du ventilateur sur un TEFC. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 La caractéristique couple-vitesse Un des paramètres importants de sélection d'un moteur électrique est la caractéristique couple-vitesse. NEMA désigne par les lettres A, B, C, D et E les différents types de moteurs de 200 hp et moins. Cette désignation est utilisée pour les moteurs triphasés à cage d’écureuil seulement. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Caractéristique couple-vitesse Noter que le pourcentage de la vitesse est en fonction de la vitesse maximum théorique. Si l’on regarde bien, le % de vitesse au couple nominal , est légèrement inférieur à 100% ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 1= couple de démarrage : Le couple instantané fourni par le moteur pour entrainer une charge à partir d’une vitesse nulle 2= couple d’accrochage: Le couple le plus faible fourni par le moteur lors de son accélération 3= couple de décrochage : Le plus fort couple que peut fournir le moteur. Au-delà de ce couple, le moteur cale. 4= couple nominal : Le couple demandé au moteur pour entrainer la charge Caractéristique couple-vitesse Ligne du 100% du couple nominal ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 caractéristique couple-vitesse Type Couple de démarrage et de décrochage Courant Glissement efficacité application 3a5% moyenne Ce type est moins utilisé à cause de son fort courant de démarrage. 3 à 5% Moyenne à élevée Ce type de moteur est le plus courant car il convient à presque toutes les applications. 1 a 5% moyenne Pour les applications qui nécessitent un couple de démarrage plus élevé. A démarrage normal, décrochage élevé B démarrage normal, décrochage normal C démarrage élevé décrochage normal D démarrage très élevé faible 5 a 8% Peux atteindre 25% moyenne Pour les applications du type de levage, presse avec gros volant d'inertie. E démarrage normal, décrochage normal Plus faible que B Plus élevé que B 0,5 a 3% élevée Pour des applications nécessitant un couple de démarrage relativement faible comme des pompes centrifuges ou des ventilateurs ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Moins que A Caractéristique couple-vitesse Notre moteur correspond au couple-vitesse de la désignation B. Selon la norme, le couple de démarrage correspond à 150% du couple nominal. Donc comme son couple nominal est de 3.05 livres-pied, son couple de démarrage est de : 3,05 𝑥 150 = 4.57 livres-pied 100 ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 Finalement Je pense que nous avons fait le tour des informations utiles que nous retrouvons sur une plaque signalétique d’un moteur triphasé à cage d’écureuil. Je suis certain que vous comprenez l’importance de ces informations lorsque vous commanderez un moteur de remplacement dans la pratique de votre métier. ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012 sources Les moteurs électriques sont bien connus et bien documentés. Cette présentation est un résumé des informations que j’ai trouvées , le tout agrémenté de commentaire résultant de mon expérience professionnelle. Guide technique 2007 de la corporation des maitres électriciens du Québec pages 2.1 à 2.13 . Richard Roy : www.depannezvous.com Diverses images avec google image dont celle de la plaque : www.arescobuyersclub.com/ Allen Bradley : ab.rockwellautomation.com/ Lesson : www.leeson.ca/ Baldor : www.baldor.com/ US Motor : www.usmotors.com/ ©Pierre Blouin – www.electromecanique.info - 2012