Moteurs électriques

Moteurs électriques — Principes, installation et protection

Les moteurs imposent des contraintes particulières : courant de démarrage élevé, échauffement, protection contre les surcharges, commande sécuritaire et mise à la terre efficace. L’électricien doit interpréter la plaque signalétique, choisir les conducteurs et dispositifs de protection selon le Code canadien de l’électricité, puis vérifier la rotation, l’isolement et les protections avant la mise en service.

Introduction

Le moteur électrique convertit l'énergie électrique en énergie mécanique par l'interaction de champs magnétiques. Au Québec, les moteurs représentent environ 50 % de la consommation électrique industrielle : ils entraînent pompes, ventilateurs, convoyeurs, compresseurs et machines-outils. Pour l'électricien CMEQ, la Section 28 du Code de construction du Québec (Chapitre V — Électricité) encadre strictement leur câblage, leur protection contre les surcharges et les courts-circuits, ainsi que le sectionnement. Les calculs de moteurs (dimensionnement des conducteurs, réglage des relais, calibre des disjoncteurs) figurent parmi les sujets les plus fréquemment testés à l'examen CMEQ en raison de leur complexité et des conséquences graves d'une mauvaise installation : incendie, destruction du bobinage, arrêt de production.

Concepts fondamentaux

1.1 Principe de fonctionnement

Un moteur repose sur le principe de Lorentz : un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique subit une force mécanique qui le met en mouvement. Dans un moteur triphasé à induction, les trois enroulements du stator, décalés de 120° électriques, sont alimentés par trois tensions elles-mêmes déphasées de 120°. La superposition des trois champs alternatifs produit un champ magnétique tournant qui balaie l'entrefer à la vitesse synchrone. Ce champ tournant induit des courants dans les conducteurs du rotor (cage d'écureuil), et l'interaction entre ces courants induits et le champ statorique crée le couple qui entraîne le rotor.

Le rotor ne tourne jamais exactement à la vitesse synchrone : il « glisse ». Le glissement (s) est l'écart relatif entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle du rotor, exprimé en pourcentage.

Formule du glissement :

s (%) = [(Ns − N) / Ns] × 100

où Ns = vitesse synchrone (tr/min) et N = vitesse réelle du rotor (tr/min).

Exemple : Moteur 4 pôles alimenté en 60 Hz dont la plaque signalétique indique 1 755 tr/min.

Vitesse synchrone : Ns = 120 × 60 / 4 = 1 800 tr/min

Glissement : s = (1 800 − 1 755) / 1 800 × 100 = 45 / 1 800 × 100 = 2,5 %

Ce glissement de 2 à 5 % à pleine charge est caractéristique des moteurs asynchrones à cage. Si le glissement augmente anormalement (par exemple 8 %), cela signale une surcharge mécanique ou une chute de tension d'alimentation.

Composants principaux :

Stator : partie fixe. Il porte les trois enroulements (ou les aimants permanents) qui génèrent le champ magnétique tournant.

Rotor : partie tournante. Dans un rotor à cage d'écureuil, des barres d'aluminium ou de cuivre sont court-circuitées aux deux extrémités par des anneaux ; ces barres sont parcourues par les courants induits et subissent la force de Lorentz.

Entrefer : espace d'air entre stator et rotor (0,25 à 2 mm selon la puissance). Un entrefer trop grand augmente le courant magnétisant et dégrade le facteur de puissance.

Arbre : transmet le couple mécanique à la charge entraînée (pompe, ventilateur, convoyeur).

Roulements : supportent l'arbre. Roulements à billes pour les gros moteurs, coussinets lisses pour les petits.

1.2 Paramètres électriques essentiels

Courant à pleine charge (FLA — Full Load Amps) :

Courant absorbé par le moteur à sa charge nominale, sous tension et fréquence nominales. Il est inscrit sur la plaque signalétique et sert de base à tous les calculs de protection et de câblage de la Section 28.

Courant à rotor bloqué (LRA — Locked Rotor Amps) :

Au démarrage, le rotor est immobile (glissement = 100 %) : le moteur se comporte comme un transformateur à secondaire court-circuité et absorbe un courant très élevé, de 5 à 8 fois le FLA, pendant une courte durée. Ce courant détermine le calibre maximal des fusibles et disjoncteurs de protection contre les courts-circuits.

Facteur de puissance (cos φ) :

Rapport entre la puissance active (kW) et la puissance apparente (kVA). Pour un moteur asynchrone à pleine charge, cos φ se situe typiquement entre 0,80 et 0,90. À vide, le facteur de puissance chute (≈ 0,2) car le moteur absorbe surtout du courant magnétisant réactif.

Rendement (η) :

Rapport entre la puissance mécanique utile sur l'arbre et la puissance électrique absorbée. Les moteurs à haut rendement (Premium Efficiency, classe IE3) atteignent 90 à 96 %. Les pertes se répartissent en pertes Joule (I²R dans les enroulements), pertes fer (hystérésis et courants de Foucault dans le circuit magnétique) et pertes mécaniques (frottement, ventilation).

Formule du courant triphasé :

I = (HP × 746) / (V × √3 × cos φ × η)

où 746 W = 1 HP, V = tension entre phases, √3 ≈ 1,732.

Exemple : Moteur de 25 HP, 575 V, cos φ = 0,86, η = 0,91.

Numérateur : 25 × 746 = 18 650 W

Dénominateur : 575 × 1,732 × 0,86 × 0,91 = 575 × 1,732 = 995,9 ; × 0,86 = 856,5 ; × 0,91 = 779,4

I = 18 650 / 779,4 = 23,9 A ≈ 24 A

Ce résultat correspond au FLA typique d'un moteur 25 HP / 575 V. On retient 24 A pour dimensionner conducteurs et protections.

Formule de la vitesse synchrone :

Ns = 120 × f / P

où f = fréquence (Hz) et P = nombre de pôles.

Exemple : Moteur 6 pôles, 60 Hz.

Ns = 120 × 60 / 6 = 7 200 / 6 = 1 200 tr/min

Les vitesses synchrones normalisées à 60 Hz sont : 3 600 tr/min (2 pôles), 1 800 tr/min (4 pôles), 1 200 tr/min (6 pôles), 900 tr/min (8 pôles).

Relation puissance – couple – vitesse :

P (W) = C (N·m) × ω (rad/s), avec ω = 2π × N / 60.

Exemple : Moteur délivrant un couple de 80 N·m à 1 755 tr/min.

ω = 2 × 3,1416 × 1 755 / 60 = 183,8 rad/s

P = 80 × 183,8 = 14 704 W ≈ 14,7 kW (soit 14 704 / 746 ≈ 19,7 HP)

1.3 Couplage étoile et triangle

Les trois enroulements d'un moteur triphasé peuvent être raccordés de deux façons, illustrées dans le schéma ci-dessus.

Couplage étoile (Y) : les trois enroulements sont réunis en un point neutre commun (N). Chaque enroulement est soumis à la tension simple (tension entre phase et neutre), égale à la tension composée divisée par √3. Le courant de ligne est égal au courant de phase.

Tension aux bornes d'un enroulement : U_enroulement = U_ligne / √3

Courant de ligne : I_ligne = I_phase

Couplage triangle (Δ) : les trois enroulements sont branchés en boucle fermée, chaque enroulement entre deux phases. Chaque enroulement est soumis à la tension composée (tension entre phases) complète. Le courant de ligne vaut √3 fois le courant de phase.

Tension aux bornes d'un enroulement : U_enroulement = U_ligne

Courant de ligne : I_ligne = √3 × I_phase

Exemple : Réseau triphasé 575 V entre phases. Moteur dont chaque enroulement est prévu pour 575 V.

En triangle : chaque enroulement reçoit 575 V → branchement correct en marche normale.

En étoile : chaque enroulement reçoit 575 / 1,732 = 332 V → tension réduite à 58 % de la tension nominale.

Cette réduction de tension est précisément le principe du démarrage étoile-triangle (section 4.2) : on démarre en étoile pour limiter le courant, puis on commute en triangle pour la pleine tension.

Rapport des courants de démarrage : le courant absorbé étant proportionnel à la tension, et le couple proportionnel au carré de la tension :

Courant en étoile = 1/3 du courant en triangle (démarrage direct)

Couple en étoile = (1/√3)² = 1/3 du couple en triangle

Exemple : Moteur dont le courant de démarrage direct (triangle) est de 150 A et le couple de démarrage de 210 N·m.

Démarrage en étoile : courant = 150 / 3 = 50 A

Couple en étoile = 210 / 3 = 70 N·m

Le courant est divisé par trois, mais le couple disponible l'est aussi : le démarrage étoile-triangle ne convient qu'aux charges démarrant à faible couple (pompes centrifuges, ventilateurs).

Section 2 — Types de moteurs

Cette section situe Types de moteurs dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

2.1 Moteur asynchrone à cage d'écureuil

Le type le plus répandu (≈ 85 % des moteurs industriels). Le rotor est constitué de barres d'aluminium ou de cuivre moulées dans un paquet de tôles et court-circuitées par deux anneaux d'extrémité — une construction en « cage d'écureuil ».

Avantages :

Simple et robuste (ni balais, ni bagues collectrices, ni collecteur)

Entretien minimal (remplacement périodique des roulements seulement)

Faible coût de fabrication

Auto-démarrant dès la mise sous tension triphasée

Inconvénients :

Courant de démarrage élevé (5 à 8 fois le courant nominal In)

Vitesse quasi fixe (dépend de la fréquence et du nombre de pôles)

Réglage de vitesse limité sans variateur de fréquence

2.2 Moteur asynchrone à rotor bobiné (à bagues)

Le rotor porte un véritable enroulement triphasé dont les trois sorties sont reliées à trois bagues collectrices sur l'arbre. Des résistances externes insérées dans le circuit rotorique permettent de contrôler le couple et le courant de démarrage.

Avantages :

Couple de démarrage élevé (résistances rotoriques)

Courant de démarrage réduit par insertion de résistances

Réglage de vitesse par variation des résistances

Inconvénients :

Balais et bagues collectrices → usure et entretien régulier

Coût plus élevé qu'un moteur à cage

Applications : ponts roulants, treuils, convoyeurs à forte inertie, broyeurs — partout où il faut un fort couple de démarrage sous courant limité.

2.3 Moteur synchrone

Caractéristique : le rotor tourne exactement à la vitesse synchrone (N = 120 × f / P), sans glissement. Le rotor est excité par un courant continu (excitatrice) ou par des aimants permanents, et se « verrouille » sur le champ tournant statorique.

Avantages :

Amélioration du facteur de puissance : surexcité, il fournit de l'énergie réactive au réseau (fonctionnement capacitif) — on l'utilise comme compensateur synchrone.

Rendement élevé et vitesse rigoureusement constante quelle que soit la charge.

Inconvénient : il n'est pas auto-démarrant ; il faut un enroulement d'amortissement (cage de démarrage) ou un variateur pour l'amener à la synchronisme.

Applications : gros compresseurs, pompes, machines de plus de 1 000 HP, correction du facteur de puissance d'usine.

2.4 Moteur à courant continu (CC)

Types selon le bobinage d'excitation :

Série : l'inducteur est en série avec l'induit → couple de démarrage très élevé (grues, treuils, traction). Attention : emballement à vide.

Shunt (dérivation) : inducteur en parallèle avec l'induit → vitesse quasi constante (machines-outils).

Compound (composé) : combine les deux enroulements → caractéristiques mixtes.

À aimants permanents : petits moteurs 12 V / 24 V (servomoteurs, accessoires automobiles).

Avantages :

Excellent réglage de vitesse (variation de la tension d'induit ou du courant d'excitation)

Couple de démarrage élevé

Inconvénients :

Balais et collecteur → entretien et usure

Coût plus élevé qu'un moteur asynchrone équivalent

Production d'étincelles au collecteur → interdits en atmosphères explosives

En pratique moderne, les moteurs CC sans balais (BLDC), à commutation électronique, remplacent largement les moteurs CC à balais dans les servomécanismes et la traction.

2.5 Moteur universel

Fonctionne aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif monophasé : son inducteur et son induit sont bobinés et connectés en série, de sorte que le sens du couple reste le même quelle que soit la polarité de la tension. Utilisé dans les outils électroportatifs (perceuse, scie circulaire, meuleuse) où l'on recherche une vitesse élevée (jusqu'à 20 000 tr/min) et un fort couple massique sous alimentation secteur monophasée.

2.6 Moteurs monophasés

Là où le triphasé n'est pas disponible (résidentiel, petit commercial), on utilise des moteurs monophasés. Un enroulement monophasé seul ne peut pas produire de champ tournant : il faut un dispositif de démarrage auxiliaire.

À phase divisée (split-phase) : faible couple de démarrage (machines à laver, fournaise).

À condensateur de démarrage : couple modéré à élevé (climatiseurs, compresseurs).

À condensateur de démarrage et de marche : rendement et couple élevés (pompes, ventilateurs).

À spire de Frager (pôle ombragé) : très faible couple (petits ventilateurs, minuteries).

Section 3 — Protection des moteurs (art. 28)

La protection des moteurs combine généralement une protection contre les courts-circuits, une protection contre les surcharges et des dispositifs de commande adaptés au service. L’article 28 du Code encadre ce dimensionnement afin que le moteur puisse démarrer sans déclenchements intempestifs tout en restant protégé contre l’échauffement dangereux.

3.1 Protection contre les surcharges (art. 28-300)

La surcharge est la première cause de défaillance des moteurs. Elle survient lorsque :

le moteur est sollicité mécaniquement au-delà de sa capacité (roulement usé, charge excessive, courroie trop tendue) ;

une phase est perdue (moteur triphasé fonctionnant sur deux phases → courant très élevé dans les phases restantes) ;

la température ambiante est trop haute ou la ventilation est obstruée.

Contrairement à la protection contre les courts-circuits, qui réagit à des courants très forts, la protection contre les surcharges réagit à des courants modérément supérieurs au FLA mais soutenus assez longtemps pour échauffer le bobinage au-delà de la limite de sa classe d'isolation.

Dispositifs de protection :

Relais thermique à bilame :

Réglé entre 115 % et 125 % du FLA (art. 28-306). Un moteur avec facteur de service ≥ 1,15 se règle à 115–125 % ; un moteur sans ce facteur, à une valeur inférieure (≈ 105–115 %).

Classe de déclenchement : 10, 20, 30 (secondes pour atteindre le déclenchement à 6 × FLA). Classe 10 pour charges à démarrage rapide, classe 30 pour charges à forte inertie.

Réarmement manuel ou automatique.

Exemple de réglage : Moteur FLA = 24 A, facteur de service 1,15.

Réglage maximal du relais thermique = 24 × 1,25 = 30 A

Réglage typique à 115 % = 24 × 1,15 = 27,6 A

Sonde PTC (CTP — coefficient de température positif) :

Intégrée directement dans l'enroulement du moteur.

Détection directe de la température du cuivre, et non du courant.

Précision supérieure : la résistance de la sonde augmente brutalement au seuil de température, ce qui déclenche le relais de surveillance.

Relais électronique de surcharge :

Courbes de déclenchement paramétrables.

Protection intégrée contre la perte de phase, l'inversion de phase et le déséquilibre de tension.

3.2 Protection contre les courts-circuits (art. 28-200)

Conducteurs :

Dimensionnés à 125 % du FLA (art. 28-106).

Section minimale 14 AWG (rarement utilisée en pratique industrielle).

Disjoncteur :

Calibre ≤ 250 % du FLA pour un disjoncteur à temps inverse (art. 28-200).

Peut être supérieur si le courant de démarrage l'exige (jusqu'à 400 % pour un moteur présentant un courant d'appel exceptionnel).

Fusibles :

Type D (temporisés) : 150 à 175 % du FLA.

Type J : 150 à 175 % du FLA.

Le temps de fusion est adapté aux conditions de démarrage pour ne pas fondre pendant l'appel de courant.

Exemple complet : Moteur triphasé 20 HP, 575 V, FLA = 22 A.

Conducteurs : 22 × 1,25 = 27,5 A → conducteur minimal 10 AWG (35 A à 90 °C).

Disjoncteur à temps inverse : 22 × 2,5 = 55 A → on choisit le calibre standard inférieur ou égal, soit un disjoncteur de 50 A.

Fusibles temporisés : 22 × 1,75 = 38,5 A → fusibles de 35 A (calibre standard).

3.3 Protection contre la perte de phase

Un moteur triphasé qui perd une phase continue de tourner (fonctionnement en monophasé), mais le courant dans les deux phases restantes peut atteindre 200 à 300 % du FLA → échauffement rapide et destruction du bobinage en quelques minutes. Le couple chute d'environ 40 % et le moteur vibre.

Protection :

Relais de contrôle de séquence de phases (moniteur de phase) qui détecte l'absence, l'inversion ou le déséquilibre des phases.

Certains relais de surcharge électroniques intègrent cette fonction.

3.4 Protection contre les surtensions

Varistances à oxyde métallique (MOV) : montées aux bornes du contacteur ou du moteur, elles écrêtent les surtensions transitoires (manœuvres, foudre).

Parasurtenseurs : pour les installations critiques ou exposées.

Section 4 — Méthodes de démarrage des moteurs

Le choix de la méthode de démarrage influence l’appel de courant, la chute de tension, l’usure mécanique et la coordination avec les protections. Selon la puissance du moteur et le procédé alimenté, l’électricien peut devoir comparer démarrage direct, étoile-triangle, démarreur progressif ou variateur de fréquence.

4.1 Démarrage direct (DOL — Direct-On-Line)

La méthode la plus simple : un contacteur + un relais thermique. Le moteur reçoit la pleine tension dès la fermeture du contacteur.

Courant d'appel : 5 à 8 × FLA.

Application : petits moteurs (< 5 HP) et réseaux « rigides » où la chute de tension au démarrage est acceptable.

Avantage : simple, économique, couple de démarrage maximal.

Inconvénient : choc sur le réseau électrique (chute de tension) et sur la mécanique (à-coup sur l'arbre, les courroies, les accouplements).

4.2 Démarrage étoile-triangle

Pour moteurs de 10 à 50 HP. C'est l'application directe du couplage étudié à la section 1.3.

Démarrage en étoile : tension par enroulement réduite à 58 % (1/√3) de la tension de ligne.

Commutation en triangle après 3 à 5 secondes (pleine tension).

Courant réduit à 33 % du courant de démarrage direct.

Limite : le couple de démarrage est lui aussi réduit à 33 % (le couple varie comme le carré de la tension).

Exemple : Moteur 30 HP, 575 V, FLA = 32 A, courant de démarrage direct = 6,5 × FLA = 208 A.

Courant de démarrage en étoile = 208 / 3 = 69 A (au lieu de 208 A).

Si le couple de démarrage direct est de 1,8 × Cn, le couple en étoile = 1,8 / 3 = 0,6 × Cn → suffisant pour une pompe centrifuge, insuffisant pour un convoyeur chargé.

4.3 Démarrage par autotransformateur

Pour gros moteurs (50 à 500 HP).

Tension réduite par un autotransformateur à prises (50 %, 65 %, 80 % de la tension de ligne).

Le courant d'appel est proportionnel au carré de la tension appliquée : à 65 % de tension, le courant et le couple sont à 0,65² = 42 % de leurs valeurs en pleine tension.

Transition ouverte (coupure brève) ou transition fermée (sans coupure, plus douce).

Exemple : Moteur avec courant de démarrage direct de 300 A, démarré à la prise 65 %.

Courant d'appel = 300 × 0,65² = 300 × 0,4225 = 127 A.

4.4 Démarreur progressif (soft starter)

Électronique, à thyristors (SCR) ou triacs : la tension est augmentée progressivement selon une rampe réglable.

Courant d'appel : 2 à 4 × FLA.

Accélération et décélération contrôlées (rampe de montée et de descente).

Limitation de couple.

Applications : pompes (anti-coup de bélier à l'arrêt), convoyeurs (démarrage en douceur de la bande).

4.5 Variateur de fréquence (VFD)

Contrôle la vitesse en faisant varier la fréquence d'alimentation, tout en ajustant la tension pour maintenir le rapport V/f constant (couple constant).

Principe : N = 120 × f / P (N = vitesse, f = fréquence, P = nombre de pôles).

Plage de vitesse : 10 à 150 % de la vitesse nominale.

Courant d'appel : < 150 % du FLA — le variateur limite le courant dès zéro tr/min.

Économie d'énergie : jusqu'à 50 % pour les applications à charge variable (pompes, ventilateurs), car la puissance absorbée varie comme le cube de la vitesse.

Exemple d'économie : Ventilateur dont la puissance est de 22 kW à 1 800 tr/min. Réduit à 1 350 tr/min (75 % de la vitesse).

Puissance = 22 × (0,75)³ = 22 × 0,4219 = 9,3 kW (au lieu de 22 kW).

Une vanne d'étranglement aurait maintenu le moteur à pleine vitesse en dissipant l'excédent ; le variateur élimine ce gaspillage.

Exemple de réglage de vitesse : Moteur 4 pôles, 60 Hz → Ns = 1 800 tr/min. Alimenté par un VFD à 45 Hz.

Ns = 120 × 45 / 4 = 1 350 tr/min.

Contraintes d'installation du VFD : le hachage PWM génère des harmoniques et des fronts de tension raides (dV/dt élevé) qui stressent l'isolation du moteur. Il faut : câble blindé entre variateur et moteur, mise à la terre soignée, et parfois une self de sortie ou un filtre sinus pour protéger l'isolation et réduire les courants de roulement.

Section 5 — Câblage et installation

Cette section situe Câblage et installation dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

5.1 Plaque signalétique

Toutes les informations nécessaires au dimensionnement des protections s'y trouvent :

HP (ou kW)

Volts (V), nombre de phases, fréquence (Hz)

FLA (courant à pleine charge) en ampères

LRA (courant à rotor bloqué) en ampères

Facteur de service (SF) — typiquement 1,0 à 1,25

Classe d'isolation (A = 105 °C, B = 130 °C, F = 155 °C, H = 180 °C)

Lettre-code de rotor bloqué (A à V) — indique le rapport kVA/HP à rotor bloqué, donc l'intensité de l'appel de courant.

5.2 Conducteurs d'alimentation

Règle des 125 % (art. 28-106) :

Conducteur permanent = FLA × 1,25.

Si le facteur de service > 1,15 ou la température ambiante > 40 °C : tenir compte du facteur de service.

Pour une alimentation (feeder) desservant plusieurs moteurs : ampacité ≥ 125 % du FLA du plus gros moteur + 100 % du FLA de tous les autres moteurs.

Exemple (moteur unique) : Moteur 20 HP, 3 phases, 575 V, FLA = 22 A.

Conducteur = 22 × 1,25 = 27,5 A → minimum 10 AWG (35 A à 90 °C).

Disjoncteur = 22 × 2,5 = 55 A → disjoncteur de 50 A (calibre standard immédiatement inférieur).

Exemple (alimentation de plusieurs moteurs) : Trois moteurs sur un même feeder : 25 A, 18 A et 12 A (FLA). Le plus gros = 25 A.

Ampacité du feeder = (25 × 1,25) + 18 + 12 = 31,25 + 30 = 61,25 A → conducteur 6 AWG cuivre (65 A à 75 °C).

Chute de tension : le Code recommande de ne pas dépasser 3 % aux bornes du moteur au démarrage et 5 % en marche. Une chute de tension excessive au démarrage empêche le moteur d'atteindre sa pleine vitesse et peut provoquer le broutage des relais ; en marche, une tension réduite augmente le courant pour une même charge mécanique, donc l'échauffement.

Exemple de chute de tension : Moteur FLA = 22 A, alimentation 575 V, longueur de câble 80 m, conducteur 10 AWG cuivre (résistance ≈ 3,28 Ω/km à 75 °C, réactance négligeable pour l'estimation).

Résistance aller-retour (2 conducteurs) = 3,28 × 0,080 × 2 = 0,525 Ω.

Chute de tension en ligne = I × R = 22 × 0,525 = 11,55 V.

En triphasé, chute entre phases ≈ √3 × 11,55 = 20 V.

Chute relative = 20 / 575 = 3,5 % → acceptable en marche, mais à vérifier au démarrage (courant × 6).

5.3 Sectionneur

Un sectionneur doit être installé à vue du moteur (art. 28-600) :

Distance maximale : 9 m (30 pi), avec ligne de vue dégagée sur le moteur.

Ou verrouillable en position ouverte si la distance dépasse 9 m.

Calibre ≥ 115 % du FLA.

Doit couper tous les conducteurs sous tension (mais pas le neutre).

Doit pouvoir interrompre le courant à rotor bloqué du moteur.

Exemple : Moteur FLA = 22 A.

Calibre minimal du sectionneur = 22 × 1,15 = 25,3 A → sectionneur de 30 A.

5.4 Mise à la terre

Conducteur de mise à la terre selon le Tableau 16 du Code, dimensionné d'après le calibre de la protection contre les surintensités.

Liaison équipotentielle de la carcasse du moteur : le bâti métallique doit être relié à la terre pour qu'un défaut d'isolation provoque le déclenchement de la protection plutôt qu'une tension de contact dangereuse.

Détection de défaut à la terre pour les moteurs > 1 000 A (art. 28-900).

Section 6 — Entretien et diagnostic

Cette section situe Entretien et diagnostic dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

6.1 Mesures préventives

Mégohmmètre (Megger) : mesure la résistance d'isolation entre phases et entre phase et terre.

Valeur minimale : 1 MΩ par kV de tension nominale.

Moteur neuf : > 100 MΩ.

Moteur en service : > 10 MΩ.

Une valeur qui chute dans le temps signale une humidité ou une dégradation de l'isolation.

Exemple : Moteur 575 V (0,575 kV).

Résistance d'isolation minimale = 1 MΩ/kV × 0,575 kV ≈ 0,6 MΩ (seuil plancher ; on vise > 10 MΩ en service).

Thermographie infrarouge : détection des points chauds (connexions desserrées, roulements, déséquilibre de courant entre phases).

Analyse vibratoire : détection des balourds, désalignements et roulements usés (fréquences caractéristiques de défaut de bague ou de bille).

6.2 Défauts courants

Section 7 — Codes et normes

CSA C22.1 (Code canadien de l'électricité / Code de construction du Québec, Chapitre V) : Section 28 — Protection et câblage des moteurs.

CSA C22.2 n° 100 : Moteurs électriques — exigences de construction.

NEMA MG 1 : norme de fabrication des moteurs (dimensions, plaques signalétiques, classes de rendement).

IEC 60034 : norme internationale des machines électriques tournantes (classes d'isolation, rendement IE1 à IE5).

Questions d'examen typiques

Q1. Quel pourcentage du FLA utilise-t-on pour dimensionner le conducteur d'alimentation d'un moteur ?

a) 100 %

b) 115 %

c) 125 %

d) 150 %

Réponse : c) 125 % (art. 28-106). Le facteur de 125 % tient compte du caractère continu de la charge moteur et fournit une marge pour le courant de démarrage et l'échauffement harmonique.

Q2. Quel est le courant de démarrage typique d'un moteur asynchrone en démarrage direct ?

a) 1 à 2 fois le courant nominal

b) 5 à 8 fois le courant nominal (FLA)

c) 10 à 15 fois le courant nominal

d) Égal au courant nominal

Réponse : b) 5 à 8 fois le FLA. À rotor bloqué (glissement = 100 %), le moteur se comporte comme un transformateur à secondaire court-circuité.

Q3. Quel appareil fait varier la vitesse d'un moteur à courant alternatif ?

a) Un rhéostat

b) Un transformateur

c) Un variateur de fréquence (VFD)

d) Un condensateur

Réponse : c) Le variateur de fréquence (VFD). Il agit sur la fréquence d'alimentation : N = 120 × f / P.

Q4. Quelle protection est requise pour un moteur fonctionnant sur deux phases ?

a) Un fusible plus gros

b) Un relais de perte de phase ou un relais électronique multiphasé

c) Un condensateur de marche

d) Aucune protection supplémentaire

Réponse : b) Le relais de perte de phase (moniteur de phase) détecte l'absence d'une phase et déclenche avant la destruction du bobinage (courant de 200 à 300 % du FLA sur les phases restantes).

Q5. Quel est le calibre maximal d'un disjoncteur à temps inverse protégeant un moteur ?

a) 125 % du FLA

b) 175 % du FLA

c) 250 % du FLA

d) 400 % du FLA

Réponse : c) 250 % du FLA (art. 28-200). La valeur peut être augmentée (jusqu'à 400 %) si le courant de démarrage l'exige.

Q6. Quelle est la distance maximale entre le sectionneur et le moteur ?

a) 3 m

b) 9 m (30 pi), à vue

c) 15 m

d) Aucune limite

Réponse : b) 9 m (30 pi), avec ligne de vue dégagée (art. 28-600). Au-delà, le sectionneur doit être verrouillable en position ouverte.

Q7. Un moteur 25 HP, 575 V, triphasé, FLA = 24 A. Quelle est l'ampacité minimale du conducteur ?

a) 24 A

b) 27,5 A

c) 30 A

d) 35 A

Réponse : c) 30 A. Calcul : 24 × 1,25 = 30 A. On choisit un conducteur de 10 AWG cuivre à 75 °C (ampacité 35 A), qui couvre les 30 A requis.

Q8. En couplage étoile sur un réseau 575 V, quelle tension reçoit chaque enroulement ?

a) 575 V

b) 400 V

c) 332 V

d) 288 V

Réponse : c) 332 V. Calcul : 575 / √3 = 575 / 1,732 = 332 V (58 % de la tension de ligne). C'est le principe du démarrage étoile-triangle.

Q9. Quel est le réglage maximal d'un relais de surcharge pour un moteur de facteur de service 1,15 ?

a) 100 % du FLA

b) 115 % du FLA

c) 125 % du FLA

d) 150 % du FLA

Réponse : c) 125 % du FLA (art. 28-306). Pour un moteur de facteur de service inférieur, on règle plus bas (≈ 105–115 %).

Q10. Un ventilateur de 22 kW tourne à 1 800 tr/min. Réduit à 1 350 tr/min par un VFD, quelle puissance absorbe-t-il environ ?

a) 16,5 kW

b) 11 kW

c) 9,3 kW

d) 5,5 kW

Réponse : c) 9,3 kW. La puissance d'une charge centrifuge varie comme le cube de la vitesse : P = 22 × (1 350/1 800)³ = 22 × 0,75³ = 22 × 0,4219 = 9,3 kW.

Références au Code

Art. 28-106 : Conducteurs d'alimentation des moteurs (règle des 125 %).

Art. 28-200 : Disjoncteurs et fusibles de protection contre les courts-circuits (250 % / 175 %).

Art. 28-300 : Protection contre les surcharges.

Art. 28-306 : Réglage des relais de surcharge (115–125 % du FLA).

Art. 28-600 : Sectionneur du moteur (9 m, à vue, ≥ 115 % du FLA).

Art. 28-900 : Détection de défaut à la terre (moteurs > 1 000 A).