Général Puissance moteur triphasé ou Brushless DC vs CC

[Pervenche]

Bonjour, en envisageant un changement de moteur sur une machine et en découvrant que le constructeur ne propose pas la même puissance selon le type de moteur je me pose la question :

Est ce que la technologie influe sur le couple (a puissance égale) de nos moteurs?

Pour le vocabulaire je vous propose qu'on parle de couple et que l'on garde le terme puissance pour la puissance électrique.
Si on ne parle que de moteur triphasé (ou trois commandes) en 230V
Le classique asynchrone sur secteur 380V etoile et 220V triangle

Le servo moteur (moteur broche) triphasé alternatif à commande avec capteur hall

Le servo moteur triphasé continu avec capteur hall

Je peux déjà constater que un moteur asynchrone triphasé secteur est beaucoup plus gros qu'un moteur DC a puissance égale.
il y a beaucoup de terme que je ne dois pas utiliser correctement, n'hésitez pas a me reprendre.
J'ai envi de dire que les deux moteurs avec capteur hall sont synchrone car ils ont des aimants permanents.

 

[philippe2]

Pour suivre cette question intéressante.
La question porte malgré tout sur la puissance, le couple n'est en général pas utilisé de façon directe sur la broche quand il y a une réduction. A moins qu'on borde le sujet en fixant ce comparatif sur les 2 régimes courants des moteurs asynchrones les plus standards (proches mais inférieurs à 1500 ou 3000tr/mn à 50Hz) de nos machines fixes.
La question formulée autrement (à ma manière) devenant : Quelles puissances massiques et volumiques pour ces différentes motorisations, courant continu avec variateur, alternatif réseau, alternatif avec VDF, brushless. Je suppose que les spécialistes dont je ne suis pas vont aussi nous parler rendement.
Pour "l'envie" d'appeler synchrones les moteurs à aimants permanents avec pilotage des commutations via un capteur et une électronique de puissance, elle est partagée (mais c'est sûrement un peu plus compliqué que ça).

 

[Pervenche]

Je pense en effet que la question est une question de rendement volume/puissance. Mais je ne veux pas qu'on se perdent dans les puissance électrique et puissance en CV. Je voudrais surtout comparer la puissance à puissance électrique égale. Même le moteur asynchrone1500W a plus de volume que le moteur synchrone DC 2200W.
En plus le couple (en Nm) est donné sur les deux moteurs synchrone.
Sur le papier un moteur synchrone a plus de rendement car il est piloté précisément.
Mais le fabricant auquel je fait référence, positionne le moteur asynchrone 1500W égal au moteur DC 2200W.
Une autre possibilité c'est que la puissance électrique du moteur DC est farfelue et n'a de réalité que commerciale.

Je me demande aussi, si les deux moteurs synchrone que je donne en exemple ne se piloterait pas avec la même électronique (si elle est réglable en tension. ce qui semble être le cas sur les variateurs que j'ai vu) . Car je ne voit pas encore la différence entre piloter en alternatif et en continu des moteurs synchrone.

 

[philippe2]

Mais je ne veux pas qu'on se perdent dans les puissance électrique et puissance en CV

1 cheval vapeur = 736 Watts. Donc pas de quoi se perdre. En revanche, il faudrait effectivement partir de la puissance nette mécanique à l'arbre moteur (celle dont on a besoin) et la conso électrique correspondante, qui définiront le rendement.

 

[Pervenche]

Le couple d'un moteur asynchrone serait C = (P x 9,55) / n
Donc pour un moteur 2200w et 3000tr/min.
C=(2200×9.55)/3000=7Nm
Donc on trouve par le calcul la même valeur sur le moteur triphasé DC qu'un asynchrone triphasé.
Ma théorie a cette heure est que le fabricant réduit volontairement la puissance lorsqu'il équipe la machine d'un moteur asynchrone pour des raison de volume.
La théorie qui voudrait qu'un moteur piloté ai un meilleur rendement/volume, semble valide.

NB : D'ailleurs je vais sortir un petit peu des limites de l'énoncé de ce sujet en expliquant ma constatation sur deux moteurs triphasé et monophasé qui pour la même puissance(750w) même fabricant (LeroySomer) même machine (Cincinnati PF16) même vitesse (1500tr/min). Le moteur monophasé est plus gros. On dirait un 1kw comparé au 750w tri.

 

[champimatic]

On dirait un 1kw comparé au 750w tri.

Normal! et à puissance égale , une intensité au démarrage bien supérieure pour le moteur mono

 

[philippe2]

Le couple d'un moteur asynchrone serait C = (P x 9,55) / n

La formule est celle applicable à toute machine motrice tournante. Puissance mécanique = Couple x Vitesse de rotation, donc Couple = Puissance/vitesse de rotation. Toute machine motrice = la longue liste incomplète de ce qui fournit un couple en tournant, des machines à vapeur, des moteurs électriques de tous types, des moteurs thermiques, etc..

En revanche, nos amis électriciens parlent en général de puissance électrique maxi entrante, celle qui dimensionne le réseau et les systèmes en amont du moteur. Et contrairement aux thermiques où les puissances indiquées sont les puissances nettes disponibles à l'arbre moteur, cette information "fondamentale" n'est pas fournie la plupart du temps.
La notion de couple moteur doit être prise en tant que valeur moyenne, l'inertie des broches et moteurs de nos machines tournantes nous permet d'échapper aux notions de couple instantané variable de façon cyclique à faible vitesse.

De ce qu'on peut dire de ces moteurs :
1/ Les moteurs asynchrones mono ou tri ont une plage de régime limitée par le couple exploitable. Ce couple augmente très rapidement quand le régime diminue mais sur une plage faible et proche du régime maxi. Cela garantit une certaine stabilité du régime proche du maxi à vide. En dessous d'une certaine vitesse, ils décrochent. De part ce fait, ils ne peuvent démarrer qu'avec un couple résistant faible. Sur une machine outil, cela passe. Hors sujet : en mode "propulsion véhicule démarrant sous charge", ça ne fonctionne pas en l'état.

Edit : sur la figure ci-dessous la flèche indiquant "couple et courant nominal" est mal placée, elle devrait pointer entre N à vide et N de décrochage, un peu plus à gauche.

2/ Les moteurs à courant continu "classiques" ont une caractéristique de couple très différente. Le couple maxi est à régime nul (ou quasi nul), le couple mini (nul) est au régime maxi, la courbe de couple est une droite entre ces deux points, à peu de chose près. Il en ressort que ces moteurs peuvent démarrer sous charge maxi, mais qu'en utilisation sans système de régulation (pilotage) l'impact du couple résistant fera chuter le régime de façon plus significative qu'un moteur asynchrone. Cette dernière raison justifie certainement leur absence pour entraîner une broche de machine outil, par la variabilité des vitesses de coupe en fonction de la charge, ce qui est rédhibitoire a priori. Il serait donc obligatoire pour ces moteurs d'avoir un contrôle (régulation) de l'alimentation en fonction de la vitesse. Ce que doivent ou pouvoir faire les brushless avec leur électronique embarquée.

Voili voilou.

 

[gégé62]

Car je ne voit pas encore la différence entre piloter en alternatif et en continu des moteurs synchrone.

le moteur synchrone doit pouvoir "s'accrocher" sur le champ tournant, sa vitesse en t/mn sera exactement identique. Ainsi au démarrage, il faut une fréquence faible, sinon les forces d'inertie l'en empêcheront, qui augmente jusqu'à obtenir la vitesse voulue. L'électronique permet cela aujourd'hui, et permet donc aussi le développement fulgurant des moteurs brushless, qui fonctionnent ainsi. Auparavant, il fallait lancer le moteur avec un autre moteur, asynchrone, et accrocher "au vol" lorsqu'il est à sa vitesse. L'absence de glissement explique sans doute leur bon rendement, c'est pour ça qu'on les utilisait dans de grosses puissances et aussi pour leur faculté à "relever le cos Phi" de l'installation.

donc c'est de l'alternatif, mais pas seulement le réseau 50Hz.......

certains petits moteurs synchrones peuvent démarrer plein pot, avec un couple et une inertie très faibles, comme les mini-moteurs qui actionnent les minuteries, qu'on a tous plus ou moins chez soi.
Pour les moteurs brushless, il existe 2 systèmes,
-l'un avec des capteurs en général à effet Hall, qui indiquent à l'alimentation la position instantanée du rotor, et donc permet de gérer l'alimentation des différents enroulements.
-l'autre sans capteurs, met à profit le fait que à chaque instant sur les 3 bobines, l'une se trouve non alimentée. Le système mesure la tension induite dans cet enroulement, qui est (sans doute) de forme sinusoidale, et en déduit la position du rotor.

 

[philippe2]

certains petits moteurs synchrones peuvent démarrer plein pot, avec un couple et une inertie très faibles, comme les mini-moteurs qui actionnent les minuteries, qu'on a tous plus ou moins chez soi.

Exact. Les plus gros en usage domestique sont utilisés dans les pompes à eau, à sens de rotation indifférent du rotor bipolaire (pales strictement radiales), ou pour les plus récentes avec un dispositif mécanique imposant un sens de rotation au démarrage (pales curvilignes ou hélices). On en trouvait historiquement sur des pompes de filtre d'aquarium, et maintenant cela semble la solution de base concernant les circulateurs de chauffage ou les pompes de machines à laver. Le rotor bipolaire à aimant permanent est noyé dans l'eau, et est séparé de l'inducteur par un "doigt de gant" situé dans l'entrefer. Coût de construction faible, étanchéité statique du circuit d'eau fiable (mieux qu'un joint dynamique), mais puissance limitée à quelques dizaines de watts. Vitesse de rotation strictement calée sur la fréquence réseau (comme les anciens programmateurs. Sans pilotage, inaptes au démarrage sur une inertie trop grande, la vitesse de rotation nominale devant être atteinte en une demi période.