Marquages des Moteurs : Ce que Vous Devez Savoir

La section 430.7 du NEC exige des informations de marquage sur les moteurs. Ce marquage porte des données précieuses au-delà de la puissance, de la tension et de la vitesse et est estampillé sur une ou plusieurs plaques signalétiques.

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Section 430.7 du Code National de l’Électricité

La section 430.7 du NEC régit le marquage des moteurs électriques.

La figure 1 montre la plaque signalétique d’un moteur électrique à usage général fabriqué selon les normes de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA).

Figure 1. La plaque signalétique d’un moteur électrique à usage général. Image utilisée avec l’aimable autorisation de WEG

Section 430.7(A) Applications habituelles des moteurs

Marquez le moteur avec les informations suivantes:

          1. Nom du fabricant. Cette marque identifie l’entreprise qui fabrique le moteur. En général, la plaque signalétique comprend l’adresse de l’entreprise.

          2. Volts évalués et courant à pleine charge. La tension nominale est le type (CC ou CA) et la magnitude de la tension sur laquelle le moteur est conçu pour fonctionner. Il y a cependant une tolérance.

La norme NEMA tolère une plage de +/- 10% pour les petits et moyens moteurs électriques avec une variation de fréquence de +/- 5%. Par exemple, un moteur de 460 V, fonctionnant à 60 Hz +/- 5%, peut fonctionner de 414 V à 506 V. Les variations de tension impacteront le courant à pleine charge, le facteur de puissance, l’efficacité, le courant de démarrage et le couple de démarrage.

Alimenter le moteur avec une autre tension le fera fonctionner en dehors de ses paramètres de fonctionnement normaux et peut entraîner une défaillance.

Lorsque le moteur fonctionne à couple et vitesse de pleine charge à la tension et fréquence nominales, la ligne d’alimentation fournit le courant de pleine charge.

Les moteurs à vitesse multiple doivent afficher le courant de pleine charge pour chaque vitesse. Les exceptions sont les moteurs à pôle ombré et à condensateur permanent où seul le courant pour la vitesse maximale est requis.

          3. Fréquence nominale et nombre de phases. La fréquence nominale est celle à laquelle le moteur fonctionne selon sa conception. La fréquence, mesurée en Hertz (Hz), doit correspondre à l’alimentation électrique pour assurer que le moteur fonctionne efficacement et de manière fiable.

La fréquence standard de l’alimentation électrique aux États-Unis est de 60 Hz. Dans d’autres régions, comme l’Europe, la fréquence est de 50 Hz. Bien que la fréquence de l’alimentation électrique varie dans le monde entier, il n’y a que deux options : 60 Hz ou 50 Hz.

Concernant le nombre de phases, les catégories de moteurs sont monophasé et triphasé. Les deux types ont des similitudes et des différences, et leurs caractéristiques distinctives de fonctionnement et de performance les rendent adaptés à des applications spécifiques.

          4. Vitesse de pleine charge nominale. La vitesse de pleine charge nominale est la vitesse de fonctionnement sous conditions de plein couple lorsque la tension et la fréquence sont constantes aux valeurs nominales. Elle est habituellement exprimée en tr/min (tours par minute) ou en sˉ¹ (1/seconde).

          5. Élévation de température nominale ou la classe d’isolation et la température ambiante nominale. L’élévation de température et la classe d’isolation concernent les capacités du moteur lorsqu’il fonctionne à des températures ambiantes spécifiques.

L’élévation de température est la différence entre la température finale et initiale du moteur – la quantité par laquelle un moteur, fonctionnant dans des conditions nominales, est plus chaud que la température ambiante environnante.

Les pertes dans un moteur se transforment en chaleur, ce qui fait monter la température du moteur au-dessus de celle de l’air environnant. La température devient stable lorsque le taux de génération de chaleur est égal au taux de dissipation de chaleur.

Le taux de génération dépend de la magnitude des pertes, alors que le taux de dissipation dépend de la différence entre la température de la machine et celle de l’air environnant.

Les matériaux d’isolation perdent leurs résistances mécaniques et diélectriques à des températures élevées. L’élévation de la température d’un moteur chargé à son niveau nominal ou à son facteur de service ne doit pas dépasser la limite du système d’isolation.

Les petits moteurs à induction indiquent la classe d’isolation et la température ambiante maximale. Les gros moteurs montrent l’élévation de température au-dessus d’une température ambiante de 40 °C et peuvent inclure les données du stator et du rotor.

Le tableau 1 montre l’élévation de température pour quatre classes d’isolation basées sur une température ambiante de 40 °C et une altitude de 1 000 m. Température mesurée par la méthode de résistance.

Tableau 1. Élévation de température pour les moteurs à induction monophasés et polyphasés à puissance intégrale

La température maximale atteignable à l’enroulement inclut une marge pour le « point chaud ». Par exemple, ajouter l’élévation de température maximale pour une isolation de classe F à la température ambiante nominale donne 105°C + 40°C = 145°C. La température maximale atteignable à l’enroulement est de 155 °C, donnant une marge de 10°C pour le point chaud.

Les points chauds peuvent endommager l’isolation à ces endroits en raison d’un chauffage extrême, pouvant entraîner des pannes.

          6. Classe de durée. La classe de durée indique combien de temps le moteur peut fonctionner à sa charge nominale et à la température ambiante. Le NEC établit deux classes de durée : continue et intermittente.

La classification continue est une exigence de service qui nécessite une opération avec une charge constante pendant une durée indéfiniment longue—suffisamment longue pour atteindre l’équilibre de température. Cette classification est la plus courante, représentant 90 % des applications de moteurs. Un exemple est un moteur de pompe, qui peut fonctionner pendant des heures ou des jours.

La classification intermittente est une exigence de service qui requiert une opération à intervalles alternés de charge et sans charge, de charge et de repos, ou de charge, sans charge et de repos, chacun des intervalles spécifiés. Ces moteurs n’atteignent jamais la température d’équilibre mais peuvent refroidir à la température ambiante entre les opérations. Le NEC permet les classifications de durée intermittente suivantes : 5, 15, 30 ou 60 minutes. Des exemples sont les grues, les treuils, les moteurs de machines-outils et les actionneurs de vannes, souvent classés pour une durée de 15, 30 ou 60 minutes.

          7. Puissance nominale si 1/8 hp ou plus. La puissance nominale est la capacité mécanique du moteur à fournir le couple nécessaire à la charge à la vitesse nominale.

Les moteurs à vitesse multiple de 1/8 hp ou plus doivent afficher la puissance nominale pour chaque vitesse. Les exceptions sont les moteurs à pôle ombré et à condensateur permanent, de 1/8 hp ou plus, où l’exigence est uniquement pour la vitesse maximale.

Il n’y a aucune exigence de marquer la puissance nominale des moteurs de soudeuze à l’arc.

          8. Lettre de code ou ampères de rotor bloqué si le moteur CA est de ½ hp ou plus. Tous les moteurs CA de ½ hp ou plus, à l’exception des machines à rotor enroulé polyphasées, affichent une lettre de code. La lettre de code correspond à une plage de kVA par cheval-vapeur à rotor bloqué à la fréquence et à la tension nominales et implique les lettres de A à V (sauf I, O et Q).

Le tableau NEC 430.7(B) répertorie ces lettres de code et les kVA par cheval-vapeur correspondants à rotor bloqué. Le NEC de 1940 incluait pour la première fois les lettres de code.

Le tableau 2 inclut certaines des lettres montrées dans le tableau 430.7(B).

Tableau 2. Il relie les lettres de code aux kVA/hp à rotor bloqué

Ces chiffres permettent d’estimer le courant de démarrage à pleine tension et la réactance transitoire subite (Xd´´) du moteur.

Exemple: Estimez (a) le courant de démarrage à pleine tension et (b) la réactance transitoire d’un moteur synchrone triphasé de 21 000 hp, 6 600 V, avec lettre de code B et courant de pleine charge de 1 404 A.

Réponse:

a. D’après le tableau 2, le kVA/hp à rotor bloqué varie de 3,15 à 3,54. Le courant à rotor bloqué ou de démarrage à pleine tension varie de :

          3,15 kVA/hp x 21 000 hp = 66 150 kVA

          Puissance par phase = 66 150 kVA/3 = 22 050 kVA

          Tension de phase = 6 600 V/√3 = 3 810 V

          Courant à rotor bloqué ou de démarrage à pleine tension = 22 050 kVA/3 810 V = 5,79 kA

          jusqu’à

          3,54 kVA/hp x 21 000 hp = 74 370 kVA

          Puissance par phase = 74 370 kVA/3 = 24 780 kVA

          Tension de phase = 6 600 V/√3 = 3 810 V

          Courant à rotor bloqué ou de démarrage à pleine tension = 24 780 kVA/3 810 V = 6,50 kA

b. La réactance transitoire subite approximative par unité sur la base du moteur est le courant de pleine charge divisé par le courant à rotor bloqué. Cette valeur varie de

          1 404 A/5 790 A = 0,242 par unité à 1 404 A/6 500 A = 0,216 par unité

          sur une base de √3 x V x I = √3 x 6 600 V x 1 404 A = 16 049 kVA

          MVA de base dans une phase = 16,049/3 = 5,35

          Impédance de base = (3,81 kV) ² /5,35 MVA = 2,71 Ω

La réactance transitoire subite approximative en ohms varie de 0,242 x 2,71 = 0,656 Ω à 0,216 x 2,71 = 0,585 Ω.

          9. Lettre de conception pour les moteurs de conception A, B, C ou D. La National Electrical Manufacturers Association (NEMA) attribue les lettres de conception. Les lettres A, B, C et D expriment les caractéristiques de couple/vitesse du moteur, le pourcentage de glissement et le courant de démarrage à pleine tension et fréquence nominale. La plupart des moteurs sont de conception A et B.

Les moteurs de conception B — avec couple normal et faible courant de démarrage — ont de nombreuses applications, notamment les soufflantes, les ventilateurs, les pompes et les machines-outils.

Les moteurs de conception C — avec couple élevé et faible courant de démarrage — sont utilisés avec des charges difficiles à démarrer, telles que les convoyeurs, les pompes à piston et les compresseurs.

Les moteurs de conception D — avec glissement élevé — sont utilisés pour des charges à forte inertie, telles que les cisailles, les presses à poinçonner, d’autres charges à volant d’inertie, et les entraînements de convoyeur couplés mécaniquement.

Les moteurs de conception A — avec couple et courant de démarrage normaux — sont similaires à la conception B mais ont un courant de démarrage et un couple maximum plus élevés.

La figure 2 montre les caractéristiques couple-vitesse des conceptions de moteurs à induction à rotor en cage d’écureuil selon les normes NEMA.

Figure 2. Caractéristiques couple-vitesse des moteurs à induction à rotor en cage