Comparer les moteurs à cage d'écureuil et les moteurs à rotor à plaie pour l'industrie

Dans le vaste paysage de l'automatisation industrielle et des systèmes d'alimentation, les moteurs à induction servent d'épine dorsale de la puissance mécanique. Parmi les différents types, les moteurs à induction à cage d'écureuil et à rotor bobiné (à bagues collectrices) se distinguent par leurs structures et leurs caractéristiques de performance distinctes. Cet article fournit une analyse approfondie de ces deux types de moteurs afin de guider la sélection optimale pour différentes applications.

Le moteur à cage d'écureuil est doté d'un rotor ressemblant à son homonyme : un noyau de fer laminé cylindrique avec des barres en aluminium ou en cuivre uniformément réparties. Ces barres sont court-circuitées en permanence par des anneaux d'extrémité, formant un circuit fermé sans balais, bagues collectrices ni connexions externes.

Les principales caractéristiques de conception comprennent :

• Barres obliques : Empêchent le verrouillage magnétique entre les dents du stator et du rotor
• Réduction du bruit : Minimise le ronflement magnétique et les harmoniques d'encoche
• Couple de démarrage amélioré : Assure une sortie de couple en douceur pendant le démarrage

Les moteurs à rotor bobiné utilisent un enroulement triphasé similaire au stator. L'enroulement du rotor se connecte dans une configuration en étoile, avec trois bornes sorties par des bagues collectrices. Des balais en carbone maintiennent un contact constant avec ces bagues, permettant la connexion d'une résistance externe au circuit du rotor.

• Couple de démarrage : Cage d'écureuil (1,5-2x pleine charge) vs rotor bobiné (2-2,5x)
• Courant de démarrage : Cage d'écureuil (5-7x pleine charge) vs rotor bobiné (2,5-3,5x)

• Cage d'écureuil : Options limitées nécessitant des dispositifs externes comme les variateurs de fréquence
• Rotor bobiné : Contrôle de vitesse en douceur (50-100% de la vitesse synchrone) via une résistance externe

• Cage d'écureuil : Efficacité de 90 à 95 % grâce à des pertes rotoriques minimales
• Rotor bobiné : Efficacité de 85 à 90 % affectée par le frottement des balais et les pertes de cuivre

• Cage d'écureuil : 0,8-0,9 à pleine charge
• Rotor bobiné : 0,6-0,8 en raison de la réactance supplémentaire

• Cage d'écureuil : Barres en aluminium/cuivre avec noyau de fer laminé
• Rotor bobiné : Enroulements en cuivre isolés avec ensemble de bagues collectrices

L'entrefer stator-rotor affecte le courant d'excitation, le facteur de puissance, la capacité de surcharge et le refroidissement. Des entrefers plus grands améliorent le refroidissement, mais augmentent les exigences en matière de courant d'excitation.

• Direct-on-line (DOL) pour les petits moteurs
• Démarrage étoile-triangle pour les moteurs moyens
• Démarrage par autotransformateur pour les gros moteurs

Le démarrage par résistance du rotor fournit un couple de démarrage élevé avec un courant limité, réduisant progressivement la résistance à mesure que le moteur accélère.

• Ventilateurs et soufflantes
• Pompes centrifuges
• Compresseurs
• Systèmes de convoyeurs

• Grues et treuils
• Ascenseurs
• Broyeurs à boulets
• Grosses pompes/ventilateurs nécessitant des démarrages progressifs

• Cage d'écureuil : Minime (lubrification des roulements, contrôles des vibrations)
• Rotor bobiné : Fréquente (remplacement des balais, entretien des bagues collectrices)

Les moteurs à cage d'écureuil excellent dans les applications à vitesse constante où la simplicité et la fiabilité sont primordiales. Les moteurs à rotor bobiné restent essentiels pour les applications nécessitant un couple de démarrage élevé, un contrôle précis de la vitesse ou des capacités de démarrage progressif, malgré des coûts initiaux et des exigences de maintenance plus élevés.