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Démystifier les moteurs électriques : CA, CC et CE
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Safety
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Les moteurs à commutation électronique (EC), les moteurs à courant continu (DC) et les moteurs à courant alternatif (AC) sont tous des types de moteurs électriques, mais ils diffèrent par leur mode de fonctionnement et leur utilisation. Les moteurs à courant alternatif et à courant continu remplissent la même fonction : convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Cependant, ils diffèrent à bien des égards. Ces moteurs sont utilisés pour faire fonctionner les ascenseurs et les grues, pour pomper l'eau que nous buvons et même pour refroidir les centrales nucléaires.
Lorsqu'ils sont utilisés pour alimenter des produits de ventilation, il existe des distinctions importantes entre chaque type de moteur qui peuvent affecter les avantages qu'un propriétaire reconnaîtrait. Par exemple, les ventilateurs à moteur CA sont beaucoup plus durables que les ventilateurs à moteur CC ou CE et sont idéaux pour les zones non climatisées qui connaissent fréquemment des niveaux élevés d'humidité. En revanche, un ventilateur à moteur EC permettra au propriétaire actuel ou futur de réaliser des économies d'énergie plus importantes, en particulier à charge partielle.
Chez Fantech, nous utilisons ces trois types de moteurs pour alimenter nos ventilateurs. Pour votre commodité, nous avons détaillé ci-dessous le fonctionnement de ces trois types de moteurs électriques, leurs avantages et inconvénients, ainsi que les applications typiques de chaque type de moteur. Utilisez le guide ci-dessous comme ressource pour informer vos clients sur les différents avantages de chaque type de moteur.
Moteurs à courant alternatif
Les moteurs à courant continu sont alimentés par une tension d'entrée en courant alternatif. Ils reposent sur un stator extérieur (la partie fixe du moteur) avec des bobines qui produisent un champ magnétique rotatif. Le rotor interne crée un autre champ magnétique qui interagit avec l'autre champ magnétique pour induire la rotation du moteur.
Parce qu'ils doivent créer leur propre champ magnétique, les moteurs à courant alternatif sont moins efficaces que les moteurs à courant continu. Cela n'a peut-être pas beaucoup d'importance dans une petite application, comme un mixeur. En revanche, il serait beaucoup plus visible dans un ventilateur de salle de bain commercial qui aurait besoin de plus de puissance pour atteindre le niveau de débit d'air suivant.
Les moteurs à courant alternatif sont connus pour leur utilisation dans de nombreux appareils ménagers tels que les ordinateurs, les ventilateurs et les climatiseurs. Ils sont également couramment utilisés dans les entraînements et les systèmes de compresseurs, les pompes hydrauliques et d'irrigation, etc. Essentiellement, les moteurs à courant alternatif sont mieux adaptés aux applications à grande vitesse qui nécessitent moins d'entretien.
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Utilisation dans les petits ventilateurs
L'utilisation de moteurs à courant alternatif dans les petits ventilateurs permet de créer une solution de ventilation durable et rentable (par rapport aux ventilateurs équipés de moteurs à courant continu ou à courant alternatif) qui ne nécessitera pas beaucoup de soutien.
Les ventilateurs tels que le FG 4 aident les concepteurs de bâtiments multifamiliaux ou à grande échelle lors de la conception de systèmes CVC, car ils peuvent utiliser ces produits pour déplacer l'air conditionné vers des zones qui n'en bénéficieraient pas normalement. En outre, ces ventilateurs à moteur CA sont conçus pour fournir ou extraire (selon la méthode d'installation) de l'air dans tout le bâtiment ou à partir de celui-ci, à un faible CFM/W.
D'autres produits, comme le RAHU (Residential Air Handling Unit) FIT ® 120, utilisent des ventilateurs à moteur CA pour faire entrer l'air frais et évacuer l'air vicié. Ce produit est idéal pour les solutions multifamiliales en raison de sa conception carrée de petite taille et de sa distribution efficace et puissante du flux d'air.
Avantages des ventilateurs à moteur CA
Outre les concepteurs de bâtiments multifamiliaux et/ou à grande échelle, les propriétaires d'immeubles et le personnel d'entretien apprécieront également ces ventilateurs. Pour les propriétaires d'immeubles, les locataires et les clients bénéficieront d'un espace de vie/travail/divertissement confortable. Quant au personnel d'entretien, il disposera d'un produit de moins dans le bâtiment qui nécessitera un entretien régulier du moteur. Lors de l'installation, vous apprécierez également l'absence de programmation (si le ventilateur n'utilise pas de régulateur de vitesse externe).
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Fit | ✗ | ✗ | ✔ |
Raison : Les moteurs à courant alternatif, à courant continu et à courant alternatif utilisent tous une alimentation en courant alternatif. Les moteurs à courant alternatif sont généralement à vitesse unique et ne peuvent être contrôlés qu'à l'aide d'un régulateur de vitesse externe. Les moteurs à courant continu disposent d'une gamme de vitesses qu'ils peuvent régler, mais ils nécessitent également un dispositif externe pour ajuster leur vitesse. Les moteurs EC sont contrôlables en vitesse et ont cette capacité intégrée.
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Fit | ✔ | ✔ | ✔ |
Raison : Les moteurs à courant alternatif, à courant continu et à courant alternatif peuvent être utilisés dans des boîtiers de taille similaire, car ils sont relativement proches les uns des autres.
Moteurs à courant continu
Les moteurs à courant continu sont très efficaces et ne produisent pas autant de chaleur que les moteurs à courant alternatif. L'une de leurs principales caractéristiques est leur couple de démarrage élevé, idéal pour les machines difficiles à démarrer. En outre, ce type de moteur permet un "démarrage en douceur". Cela permet au moteur de démarrer silencieusement et de répondre beaucoup plus rapidement aux entrées qui relaient les commandes d'arrêt, de démarrage ou d'accélération.
L'un des principaux inconvénients des moteurs à courant continu est qu'ils sont construits avec des balais et un collecteur. Cela ajoute à la maintenance, limite la capacité de vitesse et réduit l'espérance de vie des moteurs à courant continu à balais.
Les moteurs à courant continu conviennent le mieux aux applications qui nécessitent un couple élevé à faible vitesse tout en maintenant le débit d'air défini, même à des niveaux de pression statique plus élevés.
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Utilisation dans les petits ventilateurs
Les petits ventilateurs équipés de moteurs à courant continu sont plus efficaces que les ventilateurs équipés de moteurs à courant alternatif, tout en étant légèrement plus chers. Comme les ventilateurs à moteur à courant alternatif, les ventilateurs à moteur à courant continu permettent au personnel d'entretien ou aux propriétaires d'enlever simplement la poussière de la roue une fois par an.
Les petits ventilateurs utilisant des moteurs à courant continu chez Fantech comprennent les séries SELECT FIT et SELECT de Bathfan, ainsi que le système d'extraction COMMERCIAL de Bathfan. Ces ventilateurs de salle de bains peuvent maintenir le débit d'air prévu jusqu'à 0,4 po de colonne d'eau, ce qui est mieux que les principaux concurrents.
Un autre avantage de ces ventilateurs est la possibilité de régler le débit d'air. Les ventilateurs à moteur CC comme ceux-ci permettent aux concepteurs de bâtiments d'évacuer l'air humide et vicié vers l'extérieur pour les habitants à une vitesse élevée, tout en permettant aux concepteurs de respecter les directives ASHRAE 62.2 en faisant fonctionner le ventilateur à une vitesse basse continue.
Avantages des ventilateurs à moteur à courant continu
Comme pour les moteurs à courant alternatif, les ventilateurs à moteur à courant continu sont faciles à spécifier. Ils aident le concepteur à respecter les directives relatives à la qualité de l'air intérieur établies par des organismes tels que l'ASHRAE. Ces ventilateurs permettent également de surmonter les restrictions de débit d'air élevées dans les conduits, ce qui donne au concepteur une plus grande marge de manœuvre lors de l'élaboration du plan pour son application. De plus, cela vous donne une certaine marge de manœuvre si des ajustements doivent être faits à la volée, tels que l'ajout de tours ou de coudes dans le conduit ou l'augmentation de la longueur du conduit.
Ces ventilateurs ne sont pas aussi durables que les ventilateurs de climatisation, mais ils offrent un meilleur rendement énergétique, ce qui permet de réduire les coûts énergétiques tout au long de l'année. En outre, vous pouvez être assuré que le ventilateur que vous installez respectera le débit d'air prévu à une pression statique généralement observée.
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Function | ✗ | ✗ | ✔ |
Raison : Les moteurs à courant alternatif ne sont pas aussi efficaces que les moteurs à courant continu ou à courant alternatif. Les moteurs à courant continu sont plus efficaces que les moteurs à courant alternatif, d'environ 30 % selon Mader Electric. Un moteur à courant alternatif consomme jusqu'à 75 % d'énergie en moins (lorsqu'il tourne à mi-vitesse) par rapport à un moteur à courant alternatif de même taille.
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Maintenance and Durability | ✗ | ✗ | ✔ |
Raison:
Les moteurs à courant alternatif durent plus longtemps que les moteurs à courant continu parce qu'ils n'ont pas de barres de commutation qui s'usent.
En raison de leur conception, les enroulements du moteur à courant continu s'usent et se cassent. Cela nécessite beaucoup plus d'entretien et un cycle de vie plus court qu'un moteur à courant alternatif de même taille.
Les moteurs EC étant des moteurs à aimant permanent sans balais avec électronique intégrée, ils ont, de par leur conception, une classe d'efficacité IE4. Cela signifie qu'ils sont très efficaces. Cette conception leur permet d'être pratiquement silencieux et sans vibrations et leur confère une durée de vie plus longue.
EC Motors
Un troisième type de moteur, connu sous le nom de moteur EC (Electronically Commutated), est une solution moderne qui pourrait à terme remplacer les moteurs à courant alternatif et à courant continu. Un moteur EC est essentiellement un moteur BLDC (Brushless Direct Current Motor) avec une électronique embarquée pour faire tourner le moteur.
Si, dans un sens, les moteurs à commutation électronique sont meilleurs en termes d'efficacité, d'entretien et de durée de vie, ils sont plus coûteux que les moteurs à courant alternatif ou continu.
Les moteurs EC sont idéaux pour les applications qui nécessitent un contrôle précis de la vitesse et un rendement élevé. Les applications typiques sont les petits ventilateurs, les systèmes de contrôle des mouvements et les applications de chauffage, de ventilation et de climatisation.
Aujourd'hui, les États adoptent des exigences plus strictes pour les appareils à moteur électrique, tels que les chaudières résidentielles. En juillet 2019, le ministère américain de l'énergie (DOE) a établi de nouvelles règles pour les moteurs utilisés dans les chaudières résidentielles. Ces nouvelles règles stipulent que les ventilateurs des fours résidentiels fabriqués à partir du 3 juillet 2019 doivent avoir une valeur énergétique de ventilateur (FER) qui correspond ou est supérieure aux valeurs énoncées dans le règlement.
Pour les propriétaires, cela signifie que les appareils de chauffage fabriqués après cette date sont dotés d'un moteur EC. Ce changement est visible sur la facture annuelle d'énergie, ce qui permet à un ménage moyen d'économiser entre 300 et 500 dollars par an.
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Utilisation dans les petits ventilateurs
Les petits ventilateurs équipés de moteurs EC ont une durée de vie plus longue que les ventilateurs équipés de moteurs DC ou AC. Grâce à la conception de leur moteur CC sans balais, ils sont très efficaces et incroyablement durables, mais ils sont les plus coûteux des trois types de ventilateurs. L'utilisation d'un ventilateur FG 4XLEC, par exemple, permet aux locataires, aux propriétaires et au personnel d'entretien de contrôler le niveau de ventilation à l'aide d'un régulateur de vitesse.
Avantages des ventilateurs à moteur EC
L'utilisation d'un RAHU à moteur EC, comme le HERO® 150H-EC et le 250H-EC, peut aider les propriétaires de maisons et d'immeubles à récolter les bénéfices d'un fonctionnement hautement efficace pour réduire les coûts énergétiques. En outre, le rendement élevé et la durabilité des ventilateurs équipés de moteurs EC facilitent les opérations de maintenance pour le personnel d'entretien et les propriétaires.
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Initial Cost | ✔ | ✗ | ✗ |
| Topic: Operational Cost | ✗ | ✔ | ✔ |
Raison:
Les moteurs à courant alternatif sont généralement produits en masse et leur conception est plus simple que celle d'un moteur à courant continu ou d'un moteur à courant alternatif de même taille. Ces deux facteurs permettent aux moteurs à courant alternatif d'avoir un prix bas.
En revanche, les moteurs à courant continu coûtent généralement plus cher que les moteurs à courant alternatif au départ , en raison de leurs coûts de fabrication plus élevés. Cependant, ils permettent d'économiser sur les coûts d'exploitation car ils consomment moins d'énergie que leurs homologues à courant alternatif.
Les moteurs EC sont les plus coûteux au départ parmi les trois moteurs en raison de leur conception complexe. En revanche, ils permettent d'économiser encore plus sur les coûts de fonctionnement par rapport aux moteurs à courant continu et de 10 à 75 % de plus qu'un moteur à courant alternatif de même taille.
| Electric Motor Type | AC Motors | DC Motors | EC Motors |
| Topic: Speed Range | 1800-3600 rpm | 1000-5000 rpm | 100-4000 rpm |
Raison:
Le plus souvent, les moteurs à courant alternatif sont construits pour fonctionner à des vitesses spécifiques. Les moteurs à courant alternatif sont construits avec deux ou quatre pôles. Les moteurs à courant alternatif à deux pôles fonctionnant à 60 Hz tournent à environ 3 600 tr/min, tandis que les moteurs à courant alternatif à quatre pôles tournent à environ 1 800 tr/min.
Les moteurs à courant continu sont également dotés de pôles, mais d'autres facteurs influencent davantage la plage de vitesse de ces moteurs que les pôles. Selon Groschopp, un petit fabricant de moteurs de l'Iowa, ces facteurs sont les suivants :
"...le nombre de tours de fil dans un induit, la tension de fonctionnement du moteur et la force des aimants qui affectent tous la vitesse du moteur"
Selon leur site web, la tension de fonctionnement est la tension maximale que le moteur peut atteindre. Par conséquent, il ne pourra fonctionner qu'à une vitesse nominale de 12 V, 24 V, etc. Toutefois, les moteurs à courant continu peuvent généralement fonctionner à des vitesses comprises entre 1 000 et 5 000 tr/min.
Comme les moteurs CE utilisent des roulements à billes, leur vitesse peut varier de 100 tr/min à 4 000 tr/min pour les petits moteurs.
En résumé
Il n'existe pas de "meilleur" moteur, car cela dépend de l'application et des exigences spécifiques. Chaque type de moteur a ses propres avantages et inconvénients.
Lors du choix d'un moteur, il est important de prendre en compte des facteurs tels que la consommation d'énergie, le rendement, la plage de vitesse, le couple et le coût. Le meilleur moteur pour une application donnée est celui qui répond aux exigences spécifiques de cette application tout en étant fiable, durable et rentable. Ces moteurs se distinguent également par leur ajustement, leur forme, leur fonction, leur cycle de vie, leur plage de vitesse et leur contrôlabilité.
Chez Fantech, tous nos ventilateurs utilisent des moteurs AC, DC ou EC. Voir la liste ci-dessous pour un aperçu rapide des produits utilisant chaque type de moteur.
| Products Driven by AC Motors | Products Driven by EC Motors | Products Driven by DC Motors |
|---|---|---|
| FG 4 Centrifugal Inline Fan | FG 4XLEC Centrifugal Inline Fan | bathfan Select SC110-130-150LHO |
| DEDPV-705 UL Listed Ventilator | Rn 2EC Inline Radon Fan | bathfan Select Fit SFC50-80-100LHO |
| ATMO 150E Fresh Air Appliance | HERO® 150H-EC Fresh Air Appliance | bathfan Commercial COM200-300-400-500 |
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