Comprendre la classe d’isolation et l’échauffement de votre moteur

La classe d’isolation pour un moteur triphasé asynchrone influe sur son fonctionnement et également sur sa durée de vie. En effet, choisir la bonne classe d’isolation préserve notamment le bobinage et les enroulements de vos moteurs électriques. Voici quelques notions à retenir pour comprendre la classe d’isolation de votre moteur, son échauffement et sa réserve thermique.

Pourquoi bien choisir la classe d’isolation pour un moteur asynchrone ?

Le premier objectif d’une isolation électrique est d’empêcher tout contact entre les différentes parties du moteur, notamment les bobines du stator et du rotor, ainsi que les conducteurs électriques. L’isolation prévient le risque de courts-circuits ainsi que les fuites de courant et minimise les pertes d’énergies par effet de Joule.

Un autre objectif de l’isolation d’un moteur est de limiter le risque d’échauffement et de maintenir une température optimale de fonctionnement. L’échauffement d’un moteur peut intervenir dans différentes circonstances comme, par exemple, lorsqu’il est confronté à un défaut au niveau d’un roulement créant un problème mécanique et possiblement une surcharge.

Également, la bonne classe d’isolation d’un moteur électrique optimise son efficacité et sa durée de vie. Le moteur est plus fiable et fonctionne en toute sécurité tant pour les machines qu’il entraîne (pompes, ventilateurs, compresseurs, etc.) et pour les opérateurs.

À noter qu’il convient de faire la différence entre la classe d’isolation du moteur et l’échauffement. La classe d’isolation concerne la capacité des isolants à résister à une température maximale. L’échauffement concerne, lui, la montée en température du moteur.

Les classes d’isolation d’un moteur électrique

La norme CEI 85 définit 5 classes d’isolation. La première, la classe A, a une valeur maximale de 105°C. Les isolants de la classe E résistent jusqu’à 120°C et ceux de la classe B à 130°C.

Quel que soit le domaine d’applications pour lequel les moteurs triphasés asynchrones sont utilisés, leur classe d’isolation est couramment F ou H. La classe d’isolation F possède des isolants résistants jusqu’à 155°C. Les isolants utilisés pour la classe d’isolation H résistent aux températures allant jusqu’à 180°C.

Le plus couramment, les moteurs utilisent la classe d’isolation F associée à un échauffement B. Cette association correspond aux exigences industrielles les plus fréquentes.

Les différents échauffements

La notion d’échauffement d’un moteur diffère de la notion de sa classe d’isolation. L’échauffement correspond à l’augmentation maximale de la température du moteur autorisée entre son état au démarrage et son état en fonctionnement, une fois la température stabilisée.

Les causes d’échauffement

Au démarrage, le moteur peut subir un échauffement de courte durée en raison de la résistance interne des bobinages et de l’effet Joule. Ce dernier est l’un des éléments susceptibles d’augmenter la température globale du moteur.

L’échauffement mécanique est, quant à lui, dû aux frottements et aux pertes d’énergie mécanique à l’intérieur du moteur. Le mouvement des différentes pièces telles que les roulements peut provoquer une augmentation de la température dans le moteur.

Également, si le moteur est exposé à des conditions thermiques élevées ou s’il se situe dans un espace confiné, sa température peut augmenter et affecter de façon néfaste son fonctionnement et sa durée de vie.

Les trois échauffements couramment retenus : 

L’échauffement B correspond à une température maximum au cœur du bobinage de 120°C. 

L’échauffement F correspond à une température maximum au cœur du bobinage de 145°C. 

L’échauffement H correspond à une température maximum au cœur du bobinage de 165°C. 

La réserve thermique

La réserve thermique d’un moteur triphasé correspond à la différence entre la température de sa classe d’isolation et sa température de fonctionnement. Nous vous proposons 5 exemples pour comprendre la classe d’isolation, l’échauffement et la réserve thermique de votre moteur.

Exemple 1

Un moteur électrique avec :

Une classe d’isolation F,

Un échauffement B,

Une température ambiante de 40°C.

Température ambiante 40°C + Échauffement de 80K = 120°C soit un échauffement B. Classe d’isolation F – Échauffement B = 155°C – 120°C = 35°C La réserve thermique est de 35°C.

Dans ce contexte et avec une aussi bonne marge thermique, le moteur électrique peut fonctionner avec des conditions de températures différentes et plus élevées. Son fonctionnement restera optimal même s’il est installé à une altitude supérieure ou si sa charge est plus élevée sur une période limitée.

Une réserve thermique élevée de 35 °C améliore, par ailleurs, la durée de vie des isolants.

Exemple 2

Un moteur électrique avec :

Une classe d’isolation F,

Un échauffement F,

Une température ambiante de 60°C.

Température ambiante 60°C + Échauffement de 85K = 145°C soit un échauffement F. Classe d’isolation F – Échauffement F = 155°C – 145°C = 10°C La réserve thermique est de 10°C. 
Ici, la réserve est plus limitée. Pour optimiser le fonctionnement du moteur, il convient de respecter les conditions d’utilisation préconisées. Le moteur ne pourra pas être utilisé en surcharge, sous peine de dépasser la température limite des isolants.

Exemple 3

Un moteur électrique avec :

Une classe d’isolation H,

Un échauffement F,

Une température ambiante de 80°C.

Lorsque la réserve thermique n’est pas suffisante, il est nécessaire d’augmenter la réserve thermique totale du moteur. Le moteur est alors conçu avec une classe d’isolation H associée à un échauffement F. 

Température ambiante 80°C + Échauffement de 65K = 145°C soit un échauffement F.

Classe d’isolation H – Échauffement F = 180°C – 145°C = 35°C

La réserve thermique est de 35°C.

Pour ce cas précis, la classe d’isolation H est préconisée pour assurer un fonctionnement sécuritaire et optimisé du moteur électrique. Nous autorisons ici le moteur à chauffer plus (échauffement F), tout en conservant les 35°C de marge grâce à la Classe H. La réserve est identique à un moteur Classe F / Échauffement B (exemple 1).

Exemple 4

Un moteur électrique avec :

Une classe d’isolation H,

Un échauffement H,

Une température ambiante de 100°C.

Une configuration en Classe H – Échauffement H peut être une solution si vous ne souhaitez pas augmenter le dimensionnement de votre moteur électrique. Ce choix est opportun dans le cadre de contraintes de volume ou en cas de besoin d’interchangeabilité.

Température ambiante 100°C + Échauffement de 65K = 165°C soit un échauffement H. Classe d’isolation H – Échauffement H = 180°C – 165°C = 15°C La réserve thermique est de 15°C.

Exemple 5 : entre théorie et réalité

Prenons par exemple un moteur 5,5kW 4P en rendement IE3. Sur sa fiche technique, un échauffement de 80K ainsi qu’une température de +40°C sont renseignés. La température ambiante de 40°C et un échauffement de 80K donnent 120°C soit un échauffement B. En fonctionnement, l’échauffement réel est de 60K au lieu des 80K théoriques, soit 20°C en dessous. Dans ce cas de figure, le moteur électrique pourra donc fonctionner 20°C au-dessus de la température ambiante sans subir de déclassement.  En effet, une température ambiante à 60°C + un échauffement réel de 60K correspond à 120°C et à un échauffement B. L’échauffement B est donc conservé.

Savoir lire la classe d’isolation sur la plaque signalétique de votre moteur

Comment connaître la classe d’isolation d’un moteur électrique ? Il suffit de se reporter à sa plaque signalétique. En effet, la plaque présente sur tous nos moteurs électriques vous fournit toutes ces caractéristiques. La lettre correspondant à la classe isolation apparaît en première ligne en zones 8 & 9. La lettre F apparaît sur la plupart des plaques signalétiques puisque cette classe répond à la plupart des applications industrielles. Néanmoins, pour répondre à des besoins spécifiques, la classe H peut être utilisée.

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