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Facteurs à considérer lors de la décision de réparer des moteurs Nema Premium
La sempiternelle question qui revient dans les cercles de maintenance est de savoir s’il vaut mieux réparer ou remplacer un moteur électrique défectueux. Pour la plupart des ingénieurs d’usine et du personnel de maintenance, l’expérience prouve la fiabilité des moteurs à efficacité standard qui ont été réparés ou rembobinés à l’aide des meilleurs pratiques de l’industrie. La réparation peut également être moins coûteuse que le remplacement, en particulier si le moteur possède des caractéristiques spéciales.
Mais certains décideurs choisissent de remplacer les moteurs écoénergétiques défectueux (modèles premium NEMA en particulier) parce qu’ils ont « entendu » dire qu’il n’est pas possible de réparer ces moteurs sans une perte d’efficacité. Alors quelle est la bonne réponse? Il se trouve que la décision de réparer, rembobiner ou de remplacer un moteur écoénergétique défectueux n’est pas toujours aussi simple et directe comme vous avez pu l’entendre.
Qu’est-ce qui rend un moteur plus écoénergétique?
Les moteurs convertissent l’énergie (l’électricité) en travail utile (mécanique) et pendant ce processus, une partie de l’énergie se perd toujours à cause de la chaleur, de la friction et de la dérive. Pour améliorer l’efficacité des moteurs, les fabricants doivent par conséquent trouver des moyens de réduire ces pertes. Curieusement cependant, les fabricants n’ont pas changé les matières premières ou les méthodes de production avec l’avènement des moteurs haute efficacité (EPAC) ou l’introduction des modèles premium de NEMA. Bien au contraire, ils réalisent des gains d’efficacité grâce aux changements conceptuels.
Comparativement aux moteurs à efficacité standard par exemple, certains modèles à haut rendement possèdent des noyaux de stator et de rotor plus longs afin de réduire les pertes dans le noyau et de créer plus d’espace pour le fil de cuivre dans les bobinages, ce qui diminue les pertes dans le cuivre. Les modèles blindés avec ventilateur extérieur (TEFC) utilisent le plus petit ventilateur pouvant maintenir les enroulements dans la limite de température de conception afin de réduire l’énergie perdue à cause de la dérive.
Efficacité du moteur réparé
Le point de vue erroné de certains qui pensent que les moteurs écoénergétiques et les moteurs NEMA haut de gamme ne peuvent pas être réparés ou rembobinés sans réduire leur rendement est presque synonyme de la réparation du moteur électrique. Toutefois, une étude réalisée en 2003 sur le rebobinage a prouvé scientifiquement que les bonnes pratiques identifiées dans l’étude maintiennent l’efficacité énergétique des moteurs haute efficacité NEMA et IEC.
Commandée par l’organisme Américain Electrical Apparatus Service Association et l’Association of Electrical & Mechanical Trades du R.-U., l’étude a testé l’efficacité des moteurs, en commençant par les moteurs d’origine du niveau EPAct jusqu’aux niveaux NEMA Premium et IEC IE3.
L’étude EASA /AEMT réalisée à l’Université de Nottingham sous la supervision de cadres ingénieurs en service chez des fabricants de moteurs des E.-U. et du R.-U. a mesuré l’efficacité de 22 moteurs d’une taille allant de 50 à 200 hp (37 à 150 kW) avant et après de multiples processus d’épuisement du bobinage et de rebobinages.
Une étude plus récente réalisée par AEMT (1998) a également prouvé que l’efficacité des moteurs ayant une puissance/un kW nominal inférieur peut être maintenue pendant la réparation, écartant la notion selon laquelle l’épuisement et le retrait du bobinage endommagent en eux-mêmes, le noyau.
Parmi les bonnes pratiques de réparation identifiées par les deux études figurent : s’assurer que la longueur totale des spires du bobinage n’augmente pas (plus de résistance augmente la perte) ; augmenter l’espace réservé au fil (une résistance plus faible signifie moins de perte) lorsque l’encoche le permet. Ces étapes évitent ou peuvent même réduire les pertes dans le cuivre(I2R) du bobinage.
Les centres de service qui suivent les directives fournies dans « ANSI/EASA AR100-2010, Pratique recommandée pour la réparation des appareils électriques tournants » et les recommandations plus spécifiques du « Guide de bonnes pratiques » d'EASA/AEMT Rewind Study » donnent des exemples de réparation qui conservent l'efficacité du moteur. Les deux documents sont disponibles en téléchargements gratuits sur pour aider les centres de service, les utilisateurs finaux et les défenseurs de l’énergie à obtenir ces informations critiques.
Réparer–remplacer : le processus de prise de décision
Une décision bien informée en vue de la réparation ou du remplacement d’un moteur défectueux implique parfois bien plus que ce qu’il n’y paraît. Même l’organigramme plutôt complexe de la Figure 1 n’englobe pas chaque possibilité, vu que chaque application possède des caractéristiques uniques.
Examen de l’application. Lorsqu’un moteur est défectueux, la première étape consiste à déterminer son adaptation à l’application. Un moteur avec enveloppe ouverte par exemple, n’est peut-être pas pratique pour une usine à papier qui génère une grande quantité de moisissure et de débris aéroportés. Plutôt que de réparer le moteur, le meilleur choix dans ce cas serait de le remplacer par un modèle blindé avec ventilateur extérieur (TEFC). Les processus et cycles de service peuvent changer avec le temps, par conséquent, il vaut toujours mieux réévaluer l’application lorsque vous décidez de réparer ou de remplacer un moteur défectueux. Une approche encore meilleure serait d’évaluer toutes les applications critiques avant la défaillance dans le cadre d’un programme de gestion des moteurs.
Si le moteur défectueux est adapté à l'application, évaluez l'état du noyau de son stator. Y a-t-il des dommages significatifs? Avant la défaillance, le moteur a-t-il dépassé sa montée de température nominale (p. ex. à cause de pertes élevées dans le noyau)? À moins que le moteur possède des caractéristiques spéciales susceptibles d’influencer le prix de la rechange ou la disponibilité, il peut s’avérer plus économique d’acheter un nouveau moteur que de réparer un noyau de stator sérieusement endommagé.
Ensuite, considérez de manière simultanée les points de décision suivants :
- Une défaillance catastrophique s’est-elle produite pendant cette panne?
- Le rotor est-il endommagé?
- D’autres pièces mécaniques sont-elles sérieusement endommagées?
- S’agit-il d’un moteur EPAct, NEMA haut de gamme or IEC IE3?
Présence d’une défaillance catastrophique. Si le moteur tel que reçu pour les réparations a subi une panne catastrophique, évaluez le coût de réparation par rapport à celui du remplacement. Les défaillances catastrophiques provoquent des dommages considérables sur le noyau du stator, le bobinage et les autres pièces du moteur, notamment le rotor, l’arbre, les roulements et les consoles terminales. Dans ces cas, le remplacement du moteur peut être l’option la plus économique, en particulier si l’adaptation du moteur à l’application est remise en question.
Défaillance catastrophique antérieure. La preuve d’une précédente défaillance catastrophique peut être visible seulement après le démontage du moteur. Les exemples incluent l’endommagement du feuilletage des noyaux de stator; un noyau de rotor endommagé, des barres de rotor ou des bagues d’extrémité endommagées, un arbre déjà plié à nouveau plié.
État du rotorLes dommages subis par le rotor variant énormément, du grippage de surface provoqué par le contact avec le stator à la fusion des barres et bagues d’extrémité sur les modèles moulés, en passant par les barres cassées ou brisées sur les joints de bagues d’extrémité des modèles fabriqués. Le grippage de surface du diamètre extérieur peut souvent être réparé économiquement. D’autres types de réparation du rotor peuvent cependant ne pas être rentables, à moins que le moteur soit très grand ou possède des caractéristiques spéciales.
État des pièces mécaniques. L’arbre, le châssis ou d’autres pièces mécaniques peuvent également être endommagés au point d'être irréparables. Une fois de plus, le prix d’achat ou de fabrication d’un nouvel arbre ou d’un nouveau châssis peut faire du remplacement du moteur le choix logique, à moins que le moteur soit très grand ou possède des caractéristiques spéciales. Que vous choisissiez de réparer ou de remplacer le moteur, assurez-vous d’identifier et résoudre les causes sous-jacentes de la panne afin d’empêcher une récurrence.
Moteurs haute efficacité. Les facteurs débattus sur ce point ont façonné les décisions de réparation/remplacement pendant plus d’un demi-siècle. L’avènement de moteurs haute efficacité a introduit une autre considération, à savoir, faut-il remplacer le moteur défectueux par un modèle plus écoénergétique?
En gros, les moteurs haute efficacité sont ceux dont traitent les réglementations fédérales américaines (EPAct, 1992), les moteurs IEC étiquetés IE3, ainsi que les moteurs NEMA haut de gamme traités par les réglementations fédérales américaines plus récentes (EISA, 2007). Les considérations relatives à la réparation pour ces moteurs sont les mêmes que pour les modèles à efficacité standard.
en respectant les bonnes pratiques d’ANSI/EASA AR100 et d’EASA/AEMT Rewind Study, les centres de service qualifiés peuvent réparer tous ces moteurs et conserver le niveau d’efficacité.
Avant de réparer un moteur à efficacité standard, tenez compte du retour sur capital investi pour un remplacement par un moteur écoénergétique tel que NEMA Premium, en vous basant sur la durée de vie espérée du moteur ou du processus, les heures de fonctionnement et les coûts énergétiques. Si l’analyse favorise le remplacement, déterminez si le coût rentre dans votre budget. Sinon, la meilleure option est certainement une bonne réparation, tant qu'elle coûte moins cher qu'un nouveau moteur.
En supposant que les fonds pour un nouveau moteur soient disponibles, le point de décision suivant est la disponibilité. Les moteurs conformes aux règles EISA sont principalement des articles de stock. Les délais de livraison des moteurs plus grands ou de ceux ayant des caractéristiques spéciales vont parfois de quelques semaines à plusieurs mois. Si le délai de livraison dépasse vos exigences, un centre de service qualifié peut, de manière générale, effectuer des réparations sur le moteur d’origine dans un délai plus court.
Autrement, le centre de service peut ajouter les caractéristiques spéciales nécessaires au fonctionnement d’un moteur de stock haute efficacité, telle que la conversion du montage en face C au montage en face D.
Thomas H. Bishop, P.E., est un spécialiste de l’assistance technique chez Electrical Apparatus Service Association (EASA), EASA est une association professionnelle internationale de plus de 1900 entreprises réparties dans 59 pays qui vend et assure l’entretien d’appareils électriques, électroniques et mécaniques et un partenaire de CFE Media.