Les systèmes d’entraînement des moteurs

L’utilisation de moteurs représente 60 – 70% de l’électricité consommée par l’industrie dans des régions telles que l’Europe, la Chine et les États-Unis. Ces moteurs représentent un grand potentiel d’économie d’énergie. Plusieurs de ces moteurs sont surdimensionnés, n’ont pas de système de contrôle de vitesse et ne sont pas entretenus régulièrement. Les systèmes d’entraînement des moteurs (ou transmission) peuvent être une cause importante de pertes d’efficacité lorsqu’ils sont mal sélectionnés ou mal entretenus.

En moyenne, le coût d’achat d’un moteur électrique représente 1% de son coût total d’opération jusqu’à la fin de sa durée de vie utile. 1 – 2% des coûts serviront à l’entretien. Cela signifie que 97% du coût du cycle de vie d’un moteur est dû à l’électricité qu’il consomme. Pour mettre ces statistiques en perspective, réduire la consommation d’un moteur de seulement 10% permet d’économiser suffisamment pour en acheter trois. D’un point de vue économique il est donc logique de se focaliser davantage sur les coûts d’opération des moteurs que sur leur coût à l’achat. Un moyen d’améliorer l’efficacité d’un moteur est d’utiliser un système d’entraînement adéquat.

Description des systèmes d’entraînement.

Les moteurs standards fonctionnent à des vitesses spécifiques tel que 850 RPM. Si la machine alimentée nécessite seulement 120 RPM un système d’entraînement doit être utilisé pour réduire la vitesse. Les systèmes de transmissions peuvent prendre plusieurs formes. Il peut s’agir de courroies et poulies, de chaîne et roue dentée, d’engrenages, etc…

Dans un système de poulie, un moteur fait tourner une roue autour de laquelle passe une courroie. La courroie est reliée à une seconde roue de diamètre différent de manière à produire un couple et une vitesse différente. Il s’agit d’un système peu dispendieux, mais qui ne convient pas aux applications où la transmission d’une grande force est requise. Cela aurait pour effet de faire glisser la courroie. De plus, ces systèmes ont besoin d’une plus grande maintenance, les courroies devant être remplacées relativement souvent. Pour une meilleure transmission de la force et une plus grande précision, les systèmes de chaîne et pignons sont préférés. Ces modes de transmissions ressemblent aux chaînes de vélos.

Les engrenages sont un type d’entraînement qui permet la réduction de vitesse, mais aussi la transmission de la force et l’augmentation de couple (ou force de rotation) du moteur. Il en existe une variété de configurations, chacune avec un niveau d’efficacité différent. L’efficacité d’un système d’engrenage est déterminée principalement par la façon dont les engrenages intersectent entre eux. Plus la surface de contact est grande entre les roues, plus il y aura de friction dans le système.

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Sélection du système d’entraînement

Choisir le type de transmission le plus approprié nécessite l’évaluation de plusieurs facteurs. Il convient tout d’abord de déterminer le couple (ou force de rotation) requis à l’arbre d’entrée de la machine. Lors de cette étape on portera attention aux conditions particulières de fonctionnement de la machine. Par exemple les arrêts fréquents, la température et plusieurs autres facteurs peuvent influencer la performance du système de transmission. Ensuite on détermine le facteur de service. Il s’agit d’un multiplicateur appliqué à la charge connue qui redéfinit les valeurs nominales du réducteur en fonction des conditions d’entraînement dans lesquelles il sera utilisé. Le facteur de service varie selon le type d’application dans lequel il doit être utilisé, le type de moteur et le cycle de travail. Lorsque ces étapes sont complétées on peut déterminer le classement du système de transmission. L’efficacité est donnée par la force à la sortie divisée par la force à l’entrée, données qui sont publiées par le manufacturier. Un réglage minutieux des dispositifs de transmission par engrenage, courroie ou autre est rentable du point de vue de l’efficacité énergétique.

Efficacité des systèmes d’entraînement

Dans le cas des systèmes de courroies et poulies, il peut être tentant de choisir des courroies d’une plus grande capacité que nécessaire. Néanmoins cela peut grandement nuire à l’efficacité de la transmission. Ces corroies sont moins flexibles autour des poulies et produisent par conséquent une plus grande résistance. L’inverse est également vrai. L’installation de courroies d’une capacité insuffisante cause un glissement excessif ou leur étirement, ce qui nuit aussi à l’efficacité de la transmission. Il est donc important, du point de vue de l’économie d’énergie, de choisir une courroie d’une capacité correspondant exactement aux besoins. Il est possible d’utiliser des courroies dentées. Ce sont des courroies qui présentent des fentes sur leur surface interne. Cela permet une plus grande flexibilité autour des poulies. De cette manière, moins d’énergie est utilisée pour plier la courroie et ainsi perdue sous forme de chaleur. Le remplacement des courroies standards par des courroies dentées est une solution simple et rapide et peut permettre un gain d’efficacité de 2 à 3%. L’entretien régulier des courroies comprend leur remplacement lorsqu’elles sont usées, mais aussi l’ajustement de l’alignement et de la tension.

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Les systèmes à engrenage ont l’avantage de ne nécessiter pratiquement aucun entretien. Il suffit bien souvent de les lubrifier correctement et de les remplacer quand l’usure cause une perte d’efficacité. Leur type et la façon dont les roues connectent entre elles sont les facteurs qui influenceront leur efficacité. Le rapport de démultiplication a un gros impact sur la force que le moteur devra fournir, la friction augmentant avec ce rapport. Pour réduire la friction on peut donc diminuer le rapport d’engrenage. Le défi est donc de trouver l’équilibre entre la capacité du moteur en termes de vitesse et de force et la capacité requise par la machine.

Il existe une solution plus efficace que les types de transmission discutés dans cet article. Il s’agit de varier la vitesse de rotation du moteur en utilisant des systèmes d’entraînement à fréquence variable. Nous vous invitons à consulter notre article sur le sujet.

L’équipe d’Écovision Consultants est en mesure de vous proposer des mesures d’économie d’énergie et sera heureuse de vous accompagner dans vos projets.

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