Pour générer de l'air comprimé, un moteur électrique de compresseur d'air utilise de l'énergie pour produire de l'électricité. Le type le plus courant est un moteur à induction triphasé à cage d'écureuil, utilisé dans tous les types d'industries. Silencieux et fiable, il fait ainsi partie de la plupart des systèmes, y compris les compresseurs.
Un moteur électrique de compresseur d'air comprend deux composants principaux, un stator immobile et un rotor en rotation. Le stator, connecté à l'alimentation secteur triphasée, produit un champ magnétique tournant. L'énergie est convertie en mouvement, c'est-à-dire en énergie mécanique avec le rotor.
Le courant présent dans les enroulements du stator crée un champ magnétique tournant qui induit des courants dans le rotor et se traduit par un champ magnétique. L'interaction entre les champs magnétiques du stator et du rotor crée un couple de rotation qui fait tourner l'arbre du rotor.
Si l'arbre du moteur à induction tournait à la même vitesse que le champ magnétique, le courant induit dans le rotor serait nul. Cependant, en raison de diverses pertes, par exemple, au niveau des paliers, ceci est impossible, et la vitesse se maintient toujours à environ 1 à 5 % en dessous de la vitesse synchrone du champ magnétique (cette différence est appelée "glissement"). (Les moteurs à aimants permanents ne produisent aucun glissement.)
Dans un moteur, la conversion d'énergie ne se fait pas sans pertes. Ces pertes sont la conséquence, entre autres, des pertes par résistance, des pertes par ventilation, des pertes par magnétisation et des pertes par friction.
Dans les enroulements du moteur, le matériau isolant est divisé en classes d'isolation conformément à la norme 60085 de la Commission électrotechnique internationale (CEI). Une lettre correspondant à la température, qui est la limite supérieure de la zone d'application de l'isolation, désigne chaque classe. Si la limite supérieure dépasse 10 °C sur une période prolongée, la durée de vie de l'isolant est réduite environ de moitié.
Classe d'isolation |
B |
F |
H |
Temp. d'enroulement max. (°C) |
130 |
155 |
180 |
Température ambiante (°C) |
40 |
40 |
40 |
Hausse de température en (°C) |
80 |
105 |
125 |
Marge thermique (°C) |
10 |
10 |
15 |
Les classes de protection, conformément à la norme CEI 60034-5, indiquent comment le moteur est protégé contre les contacts et l'eau. Elles sont indiquées par les lettres IP, suivies de deux chiffres. Le premier chiffre indique la protection contre le contact et la pénétration d'un objet solide. Le deuxième chiffre indique la protection contre l'eau. Voir ci-dessous ce que chaque classe représente.
IP 23 : (2) Protection contre les objets de plus de 12 mm. (3) Protection contre les projections directes d'eau jusqu'à 60° de la verticale.
IP 54 : (5) Protection contre la poussière. (4) Protection contre les projections d'eau provenant de toutes les directions.
IP 55 : (5) Protection contre la poussière. (5) Protection contre les jets d'eau à basse pression provenant de toutes les directions.
Les méthodes de refroidissement selon la norme CEI 60034-6 spécifient les méthodes de refroidissement du moteur. Celui-ci est désigné par les lettres IC suivies d'une série de chiffres représentant le type de refroidissement (non ventilé, auto-ventilé, forcé) et le mode de fonctionnement de ce refroidissement (interne, de surface, par circuit fermé, par liquide de refroidissement, etc.).
La méthode d'installation, représentée par les lettres IM et quatre chiffres, indique la façon dont le moteur est installé, conformément à la norme CEI 60034-7. Les deux exemples ci-dessous indiquent la signification..
IM 1001 : deux roulements, un arbre avec bout libre et un corps de stator avec des pieds.
IM 3001 : deux roulements, un arbre avec bout libre, un corps de stator sans pieds et une grande bride avec des trous de fixation lisses.
Un moteur électrique triphasé peut être branché de deux façons : en étoile (Y) ou en triangle (Δ). Les phases d'enroulement dans un moteur triphasé sont marquées U, V et W (U1-U2, V1-V2, W1-W2). Aux Etats-Unis, les normes font référence à T1, T2, T3, T4, T5, T6. Avec le couplage étoile (Y), les "extrémités" des phases d'enroulement du moteur sont réunies pour former un point zéro qui ressemble à une étoile (Y).
Les enroulements sont parcourus par une tension de phase (tension de phase = tension principale/√3 ; par exemple, 400 V = 690/√3). Le courant Ih entrant vers le point zéro devient un courant de phase et, par conséquent, un courant de phase If = Ih passe dans les enroulements. Avec le couplage triangle (Δ), le début et la fin sont reliés entre les différentes phases qui forment alors un triangle (Δ). En conséquence, il existe une tension principale entre les enroulements.
Le courant Ih dans le moteur est le courant principal. Il est réparti entre les enroulements pour donner un courant de phase, Ih/√3 = If. Le même moteur peut être couplé à 690 V en étoile ou à 400 V en triangle. Dans les deux cas, la tension entre les enroulements est de 400 V.
Le courant vers le moteur est plus faible avec un couplage 690 V en étoile qu'avec un couplage 400 V en triangle. La relation entre les niveaux de courant est √3. La plaque du moteur peut, par exemple, indiquer 690/400 V. Le couplage en étoile est destiné à la tension plus haute et le couplage en triangle à la tension plus basse. Le courant, également indiqué sur la plaque, adopte la valeur la plus faible sur un moteur en étoile et la valeur la plus élevée sur un moteur en triangle.
Le couple de rotation d'un moteur électrique est l'expression de la capacité de rotation du rotor. Chaque moteur a un couple maximum. Une charge au-dessus de ce couple signifie que le moteur n'a pas la capacité de tourner. A charge normale, le moteur fonctionne bien en dessous de son couple maximum ; cependant, la séquence de démarrage implique une charge supplémentaire. Les caractéristiques du moteur sont généralement présentées sous forme de courbe de couple.
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