Calcul rendement moteur électrique : Formules à connaître pour choisir un moteur

Vous êtes à la recherche d’un moteur électrique qui correspond à vos besoins en termes de puissance et de taille, mais ne savez pas par où commencer?

Sachez que pour faire un choix judicieux de moteur, il est nécessaire de connaître les calculs de rendement pour moteurs électriques.

Toutefois, ces derniers étant très répandus dans le milieu industriel, nous croyons important de vous donner quelques informations importantes sur la façon de bien choisir son moteur électrique selon ses caractéristiques de construction, son nombre de phases, sa vitesse, etc., avant de vous rappeler les formules essentielles qui vont de pair avec ce choix.

Bien choisir son moteur électrique

Pour être en mesure de faire le bon choix en matière de moteur électrique, il est nécessaire de passer en revue quelques critères importants.

Moteur monophasé ou triphasé?

La principale différence entre un moteur monophasé et un moteur triphasé réside dans le nombre de phases d’alimentation électrique qu’ils utilisent. Les moteurs monophasés sont souvent moins complexes et moins coûteux que les moteurs triphasés, mais ils ont une puissance limitée. Dans le secteur industriel, c’est le moteur triphasé qui est le plus répandu puisque c’est ce dernier qui délivre une puissance plus élevée et que de manière générale, leur performance globale est meilleure.

Moteur synchrone ou asynchrone ?

Les moteurs synchrones sont souvent utilisés dans des applications nécessitant une vitesse constante et précise, telles que les alternateurs dans les centrales électriques. Toutefois, ils nécessitent généralement une source d’énergie externe pour le démarrage afin de pouvoir fonctionner continuellement de manière synchrone.

Les moteurs asynchrones, quant à eux, sont largement utilisés dans diverses applications en raison de leur simplicité, de leur coût relativement bas et de leur capacité à gérer des charges variables. Ils sont couramment utilisés dans les appareils ménagers, les pompes électriques, les ventilateurs, etc. Ce sont des moteurs que l’on dit aussi « à induction ».

Un moteur bien dimensionné pour un meilleur rendement

Pour obtenir une performance optimale de votre moteur, il faut vous assurer qu’il a les bonnes dimensions. Un moteur trop petit par rapport à la charge qu’il doit entraîner causera des pertes par effet Joule pouvant être importante, résultant en une réduction de l’efficacité. La taille du moteur influe aussi sur la surface disponible pour la dissipation de la chaleur : un moteur plus grand aura généralement une meilleure capacité à dissiper la chaleur ce qui améliorera son rendement.

Les moteurs électriques sont énergivores. Donc, si vous souhaitez une solution économique, mieux vaut vous tourner vers des moteurs haut rendement (au minimum un moteur classé I3) pour alléger votre facture d’énergie.

Bien choisir ses options de construction

Un moteur électrique possède différentes options de construction qui vont varier en fonction des constructeurs et des critères d’utilisation du moteur.

Par exemple, il est possible d’opter pour des protections spécifiques. Pour cela, il faut s’assurer que l’indice de protection IP et la classe d’isolation correspondent bien à l’utilisation souhaitée puisque certaines zones sont plus humides ou contiennent plus de poussière.

Les indices IP indiquent la résistance d’un moteur à l’eau et la poussière. Par exemple :

• Un moteur IP 55 est protégé contre les poussières sans dépôt nuisible et les jets d’eau.
• Un moteur doté d’une isolation classe F pourra supporter des températures allant jusqu’à 155 °C.

Lorsqu’un moteur électrique est associé à un groupe-frein, on l’appelle « moteur frein ». Le moteur frein peut s’utiliser pour les appareils de levage et de translation ou sur les machines-outils. Les machines-outils sont utilisées dans divers secteurs, y compris l’aérospatiale, l’automobile, la construction, l’électronique, et bien d’autres.

L’ajout d’un variateur de vitesse peut vous permettre d’être en mesure de modifier les fréquences d’un moteur asynchrone qui est normalement prévu pour fonctionner à une vitesse définie. (Dans le cas d’une pompe ou d’un ventilateur, par exemple.)

Formules à connaître pour choisir un moteur

Le choix d’un moteur électrique dépend de divers facteurs tels que la charge à entraîner, la vitesse requise, le couple nécessaire, l’alimentation électrique disponible, etc. Voici quelques-unes des formules importantes à connaître lors du choix d’un moteur électrique :

Formules pour la puissance du moteur

Formule de la puissance absorbée

Dans cette formule : Pabsorbée = V . I . cos(ϕ)

• Pabsorbée ​est la puissance absorbée en watts (W),
• V est la tension en volts (V),
• I est le courant en ampères (A),
• cos(ϕ) est le facteur de puissance.

Cette formule représente la puissance électrique active absorbée par le moteur. Le facteur de puissance (cos(ϕ)) indique la proportion de puissance électrique qui effectue un travail utile par rapport à la puissance totale absorbée du réseau. Il est compris entre 0 et 1, et idéalement, on souhaite qu’il soit proche de 1 pour maximiser l’efficacité du moteur et minimiser les pertes d’énergie réactive.

 Formule de la puissance délivrée ou puissance mécanique

La puissance délivrée par un moteur électrique dépend du couple (force rotative) produit par le celui-ci et de sa vitesse angulaire. La formule de la puissance mécanique (Pm​) est la suivante :

Pm=\tau\cdot\omega

Dans ce calcul :

• Pm​ est la puissance mécanique en watts (W),
• τ est le couple en newton-mètres (N·m),
• ω est la vitesse angulaire en radians par seconde.

Dans cette formule, la puissance mécanique représente la quantité de travail effectuée par le moteur par unité de temps.
Il est important de noter que cette formule représente la puissance mécanique idéale sans tenir compte des pertes (telles que les pertes par frottement, les pertes électriques, etc.) qui peuvent réduire l’efficacité globale du moteur. Pour obtenir une mesure plus précise de la puissance délivrée, il vous faudra probablement avoir recours à d’autres types d’outils spécifiques.

Formule de la puissance réactive absorbée

La puissance réactive est associée à la phase entre la tension et le courant dans un circuit. Elle n’effectue pas de travail utile, mais elle est nécessaire pour maintenir le champ magnétique dans les moteurs à induction et contribue aux pertes d’énergie dans le réseau électrique.

Voici comment la calculer :

\cos{\left(\phi\right)}=\sqrt1-{sin}^2\left(\phi\right)

Il est essentiel de maintenir un bon facteur de puissance pour éviter des pertes d’énergie inutiles dans le réseau électrique et pour optimiser l’efficacité du moteur électrique.

Formule pour calculer le couple d’un moteur électrique

Pour calculer le couple d’un moteur électrique, il faut se servir d’une forme adaptée de la formule de la puissance mécanique :

\tau=Pm/ω

Dans ce calcul :

• τ est le couple en newton-mètres (N·m),
• Pm​ est la puissance mécanique en watts (W),
• ω est la vitesse angulaire en radians par seconde.

Formule pour calculer le rendement du moteur

Afin de mesurer l’efficacité d’un moteur, il faut être en mesure d’indiquer quelle proportion de l’énergie électrique fournie au moteur est convertie en énergie mécanique utile. On y arrive en utilisant ce calcul :

\eta=Psortie/Pentrée

• η est le rendement du moteur (exprimé en pourcentage),
• Psortie​ est la puissance mécanique de sortie du moteur (en watts),
• Pentrée​ est la puissance électrique d’entrée du moteur (en watts).

Formule pour calculer la vitesse de rotation d’un moteur électrique

La vitesse de rotation d’un moteur électrique ou vitesse de synchronisme, se calcule en fonction de la fréquence électrique et du nombre de paires de pôles du moteur :

• La vitesse d’un moteur synchrone = fréquence (en Hz)/nombre de paires de pôles
• La vitesse d’un moteur asynchrone = fréquence (en Hz)/nombre de paires de pôles – glissement*

*Le glissement correspond à l’écart entre la vitesse réelle et la vitesse de synchronisme. On le détermine par la relation suivante :

{g}=n-n’/n

• n correspond à la vitesse de synchronisme
• n’ est la vitesse de rotation du rotor

On obtient alors une vitesse en tour par seconde (tr/s), que l’on multiple par 60 pour obtenir le résultat en tour par minute (tr/min).

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En conclusion, pour obtenir le rendement escompté dans vos opérations qui demandent la génération d’un mouvement, il importe évidemment d’acheter des moteurs électriques conçus pour les utilisations que vous en ferez. Dans cette optique, l’application des formules ci-dessus pourrait vous aider.

Cela dit, pour être certain de votre choix lors de l’achat d’un type de moteur électrique en particulier, faites donc confiance à une équipe qui possède plus de 60 ans d’expertise dans le domaine et qui sait aussi comment réparer un moteur électrique.

En effet, en plus de vendre des moteurs des meilleures marques, nous offrons aussi un service de réparation et d’entretien de moteurs électriques. De quoi vous offrir la paix d’esprit.

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