Exercice : lire la plaque signalétique d’un moteur asynchrone

Objectif pédagogique

À partir de la plaque signalétique d’un moteur électrique, l’étudiant doit être capable de distinguer clairement : P2 (puissance mécanique utile) et P1 (puissance électrique absorbée).

Il doit également apprendre à relever correctement les informations essentielles : tension (U), courant (I), fréquence (f), vitesse (n), facteur de puissance (cos φ), rendement (η), service, indice de protection (IP), classe d’isolement et type de couplage.

 

1) Identification du moteur (d’après la plaque)

• Marque : ELECTRAMO

• Type : Moteur asynchrone triphasé (moteur à induction) à haut rendement

• Modèle : YE3-160L-4

• Service : S1 (service continu)

• Couplage indiqué : Δ (triangle)

2) Relevé des données nominales

D’après la plaque du moteur ELECTRAMO YE3-160L-4 :

• Puissance utile : P2 = 15 kW

• Tension : U = 220 V

• Courant nominal : In = 51.8 A

• Fréquence : f = 50 Hz

• Vitesse nominale : n = 1460 tr/min

• Facteur de puissance : cos φ = 0.86

• Rendement : η = 92.10 % (soit η = 0.921)

• Indice de protection : IP55

• Classe d’isolement : F

• Masse : 130 kg

• Date de fabrication : 2021 / 05

3) P2 et P1 : les deux puissances à ne pas confondre

Sur un moteur électrique, la valeur en kW indiquée sur la plaque correspond toujours à la puissance mécanique utile sur l’arbre. On la note P2 (ou P_utile). C’est la puissance réellement disponible pour entraîner la charge (pompe, convoyeur, etc.).

La puissance électrique prise au réseau est la puissance absorbée, notée P1 (ou P_absorbée).

Comme le moteur présente des pertes internes (effet Joule, pertes fer, ventilation, frottements…), la puissance absorbée est toujours supérieure à la puissance utile :

P1 = P2 + Somme des pertes

Le lien entre P1 et P2 se fait à travers le rendement (η) :

η = P2 / P1 donc P1 = P2 / η

4) Calcul de P1 (puissance absorbée) à partir du rendement

Pour le moteur ELECTRAMO YE3-160L-4, la plaque donne : P2 = 15 kW et η = 0.921.

P1 = 15 / 0.921 ≈ 16.29 kW

Estimation des pertes nominales :

Pertes ≈ P1 - P2 = 16.29 - 15 = 1.29 kW

5) Vérification par la relation triphasée (U, I, cos φ)

En système triphasé, la puissance active absorbée peut également être estimée par la formule suivante :

P1 = 1.732 × U × I × cos φ ou (1.732 la Racine carrée de 3)

Application aux valeurs de la plaque (U = 220 V, I = 51.8 A, cos φ = 0.86) :

P1 ≈ 1.732 × 220 × 51.8 × 0.86 ≈ 16.98 kW

Note pédagogique : Un écart modéré entre 16.29 kW (via η) et 16.98 kW (via U-I-cos φ) est tout à fait normal. Les valeurs inscrites sur les plaques signalétiques sont souvent arrondies par les constructeurs, et le cos φ ainsi que le rendement peuvent varier légèrement selon la charge réelle du moteur. L'idée centrale reste : P1 > P2.

6) cos φ : pourquoi on parle aussi de kVA (puissance apparente)

À partir de la tension (U) et du courant (I), on calcule la puissance apparente, notée S et exprimée en kVA :

S = 1.732 × U × I

S ≈ 1.732 × 220 × 51.8 ≈ 19.74 kVA

La relation entre la puissance active absorbée et la puissance apparente est :

P1 = S × cos φ

Ainsi, plus le facteur de puissance (cos φ) est faible, plus le courant de ligne (I) nécessaire est élevé pour fournir la même puissance active, ce qui surcharge le réseau électrique.

7) Lecture “métier” : vitesse et couplage

• Vitesse n = 1460 tr/min : À une fréquence de 50 Hz un moteur à "4 pôles" possède une vitesse synchrone théorique de ns = 1500 tr/min. Le fait de tourner en charge à 1460 tr/min traduit le phénomène de glissement, qui est le principe fondamental de fonctionnement d'un moteur asynchrone.

• Couplage Δ (triangle) : La plaque indique que pour les conditions nominales spécifiées (ici un réseau de 220 V entre phases), le raccordement des bobinages dans la boîte à bornes doit impérativement être configuré en triangle (Δ).

8) Questions d’entraînement

1. Donner la définition de P2 et P1. Sur la plaque ELECTRAMO, la valeur 15 kW correspond à laquelle ?

2. Calculer P1 à partir du rendement (η).

3. Estimer P1 à partir de U, I et cos φ.

4. Calculer l'ordre de grandeur des pertes nominales du moteur.

5. Calculer la puissance apparente S (en kVA).

6. Expliquer pourquoi un cos φ plus faible entraîneur un courant nominal plus élevé pour une même puissance active.

7. Pourquoi la vitesse nominale n’est-elle pas de 1500 tr/min ?

8. Expliquer brièvement le sens des indications suivantes : S1, IP55, Classe F.

 Corrigé succinct

1. P2 est la puissance mécanique utile disponible sur l'arbre (sortie). P1 est la puissance électrique active absorbée sur le réseau (entrée). La valeur 15 kW correspond à P2.

2. P1 = 15 / 0.921 ≈ 16.29 kW.

3. P1 = 1.732 × 220 × 51.8 × 0.86 ≈ 16.98 kW.

4. Pertes ≈ 16.29 - 15 = 1.29 kW (ou 16.98 - 15 = 1.98 kW selon la méthode de calcul de P1).

5. S = 1.732 × 220 × 51.8 ≈ 19.74 kVA.

6. Le courant est inversement proportionnel au facteur de puissance (I = P / (1.732 × U × cos φ)). Si le cos φ diminue, le courant doit augmenter pour maintenir la même puissance active.

7. À cause du glissement rotorique indispensable à la création du couple magnétique dans un moteur asynchrone. Le rotor tourne toujours légèrement moins vite que le champ tournant statorique (1500 tr/min).

8. S1 : Service continu (fonctionnement à charge constante sur une durée suffisante pour atteindre l'équilibre thermique).

   IP55 : Protection contre les dépôts de poussière et contre les jets d'eau de toutes directions.

   Classe F : Isolation thermique des bobinages tolérant une température maximale de 155°C.

Objectif pédagogique

À partir de la plaque signalétique d’un moteur électrique, l’étudiant doit être capable de distinguer clairement : P₂ (puissance mécanique utile) et P₁ (puissance électrique absorbée).

Il doit également apprendre à relever correctement les informations essentielles : tension (U), courant (I), fréquence (f), vitesse (n), facteur de puissance (cos φ), rendement (η), service, indice de protection (IP), classe d’isolement et type de couplage.

1) Identification du moteur (d’après la plaque)

• Marque : ELECTRAMO
• Type : Moteur asynchrone triphasé (moteur à induction) à haut rendement
• Modèle : YE3-160L-4
• Service : S1 (service continu)
• Couplage indiqué : Δ (triangle)

2) Relevé des données nominales

D’après la plaque du moteur ELECTRAMO YE3-160L-4 :

• Puissance utile : P₂ = 15 kW
• Tension : U = 220 V
• Courant nominal : I_n = 51.8 A
• Fréquence : f = 50 Hz
• Vitesse nominale : n = 1460 tr/min
• Facteur de puissance : cos φ = 0.86
• Rendement : η = 92.10 % (soit η = 0.921)
• Indice de protection : IP55
• Classe d’isolement : F
• Masse : 130 kg
• Date de fabrication : 2021 / 05

3) P₂ et P₁ : les deux puissances à ne pas confondre

Sur un moteur électrique, la valeur en kW indiquée sur la plaque correspond toujours à la puissance mécanique utile sur l’arbre. On la note P₂ (ou P_utile). C’est la puissance réellement disponible pour entraîner la charge (pompe, convoyeur, etc.).

La puissance électrique prise au réseau est la puissance absorbée, notée P₁ (ou P_absorbée). Comme le moteur présente des pertes internes (effet Joule, pertes fer, ventilation, frottements…), la puissance absorbée est toujours supérieure à la puissance utile :

P₁ = P₂ + Σ pertes

Le lien entre P₁ et P₂ se fait à travers le rendement (η) :

η = P₂ / P₁ ⇒ P₁ = P₂ / η

4) Calcul de P₁ (puissance absorbée) à partir du rendement

Pour le moteur ELECTRAMO YE3-160L-4, la plaque donne : P₂ = 15 kW et η = 0.921.

P₁ = 15 / 0.921 ≈ 16.29 kW

Estimation des pertes nominales :

Pertes ≈ P₁ - P₂ = 16.29 - 15 = 1.29 kW

5) Vérification par la relation triphasée (U, I, cos φ)

En système triphasé, la puissance active absorbée peut également être estimée par la formule suivante :

P₁ = √3 × U × I × cos φ

Application aux valeurs de la plaque (U = 220 V, I = 51.8 A, cos φ = 0.86) :

P₁ ≈ 1.732 × 220 × 51.8 × 0.86 ≈ 16.98 kW

Note pédagogique : Un écart modéré entre 16.29 kW (via η) et 16.98 kW (via U-I-cos φ) est tout à fait normal. Les valeurs inscrites sur les plaques signalétiques sont souvent arrondies par les constructeurs, et le cos φ ainsi que le rendement peuvent varier légèrement selon la charge réelle du moteur. L'idée centrale reste : P₁ > P₂.

6) cos φ : pourquoi on parle aussi de kVA (puissance apparente)

À partir de la tension (U) et du courant (I), on calcule la puissance apparente, notée S et exprimée en kVA :

S = √3 × U × I
S ≈ 1.732 × 220 × 51.8 ≈ 19.74 kVA

La relation entre la puissance active absorbée et la puissance apparente est :

P₁ = S × cos φ

Ainsi, plus le facteur de puissance (cos φ) est faible, plus le courant de ligne (I) nécessaire est élevé pour fournir la même puissance active, ce qui surcharge le réseau électrique.

7) Lecture “métier” : vitesse et couplage

• Vitesse n = 1460 tr/min : À une fréquence de 50 Hz, un moteur à "4 pôles" possède une vitesse synchrone théorique de n_s = 1500 tr/min. Le fait de tourner en charge à 1460 tr/min traduit le phénomène de glissement, qui est le principe fondamental de fonctionnement d'un moteur asynchrone.
• Couplage Δ (triangle) : La plaque indique que pour les conditions nominales spécifiées (ici un réseau de 220 V entre phases), le raccordement des bobinages dans la boîte à bornes doit impérativement être configuré en triangle (Δ).

8) Questions d’entraînement

1. Donner la définition de P₂ et P₁. Sur la plaque ELECTRAMO, la valeur 15 kW correspond à laquelle ?
2. Calculer P₁ à partir du rendement (η).
3. Estimer P₁ à partir de U, I et cos φ.
4. Calculer l'ordre de grandeur des pertes nominales du moteur.
5. Calculer la puissance apparente S (en kVA).
6. Expliquer pourquoi un cos φ plus faible entraîne un courant nominal plus élevé pour une même puissance active.
7. Pourquoi la vitesse nominale n’est-elle pas de 1500 tr/min ?
8. Expliquer brièvement le sens des indications suivantes : S1, IP55, Classe F.

💡 Corrigé succinct

1. P₂ est la puissance mécanique utile disponible sur l'arbre (sortie). P₁ est la puissance électrique active absorbée sur le réseau (entrée). La valeur 15 kW correspond à P₂.
2. P₁ = 15 / 0.921 ≈ 16.29 kW.
3. P₁ = √3 × 220 × 51.8 × 0.86 ≈ 16.98 kW.
4. Pertes ≈ 16.29 - 15 = 1.29 kW (ou 16.98 - 15 = 1.98 kW selon la méthode de calcul de P₁).
5. S = √3 × 220 × 51.8 ≈ 19.74 kVA.
6. Le courant est inversement proportionnel au facteur de puissance (I = P / (√3 × U × cos φ)). Si le cos φ diminue, le courant doit augmenter pour maintenir la même puissance active.
7. À cause du glissement rotorique indispensable à la création du couple magnétique dans un moteur asynchrone. Le rotor tourne toujours légèrement moins vite que le champ tournant statorique (1500 tr/min).
8. S1 : Service continu (fonctionnement à charge constante sur une durée suffisante pour atteindre l'équilibre thermique).
   IP55 : Protection contre les dépôts de poussière et contre les jets d'eau de toutes directions.
   Classe F : Isolation thermique des bobinages tolérant une température maximale de 155°C.