Il y a une génération, lorsqu’un gros moteur industriel arrivait à la fin de sa durée de vie, le débat sur sa réparation ou son remplacement était généralement lié au nombre magique de 57. Il s’agissait d’un nombre dérivé par les agents d’achat, basé sur la valeur résiduelle d’un moteur en panne plus le coût de réparation, par rapport au coût d’un nouveau moteur et au retard dans sa mise en service.
Si le moteur pouvait être réparé pour moins de 57% du prix d’un neuf, il était réparé; si les dommages internes étaient importants et que les coûts de réparation dépassaient 57%, l’agent a commandé un nouveau moteur. C’était alors.
C’est maintenant: les coûts énergétiques sont plus élevés, l’efficacité du moteur peut être plus grande et la technologie de réparation est beaucoup améliorée, ce qui entraîne peu ou pas de perte d’efficacité du moteur après un rembobinage. (En fait, lors du rembobinage d’un stator « pré-EPACT » plus ancien, un centre de service peut en fait améliorer l’efficacité sur des unités de puissance plus grandes.) Pour les moteurs à courant alternatif en particulier, le choix de réparation / remplacement est devenu compliqué – en particulier pour les moteurs moyens et gros qui fonctionnent pendant un nombre intermédiaire ou élevé d’heures par an. Ce qui complique le problème est le fait qu’il existe trois catégories de moteurs à induction: les moteurs standard, écoénergétiques de première génération (EE) et les moteurs EE actuels. Dans le monde réel, ils sont souvent utilisés de manière interchangeable.
Les tests d’évaluation du circuit moteur (ECM) permettent de savoir quand un moteur arrive à la fin de sa durée de vie utile. Si la partie megohm (communément appelée « megger ») de l’essai montre que la résistance à la terre est inférieure à 100 ohms, le moteur approche de la fin. Les tests de surtension ont tendance à confirmer les résultats du test megger si les modèles de surtension sont inégaux. Le test Hi-pot est un test go / no-go en ce sens qu’il est destructeur pour les enroulements; un moteur qui échoue à un test hi-pot n’est plus utilisable.
Il est facile de montrer que, pour les moteurs qui fonctionnent presque en continu, en choisissant entre la réparation d’une unité standard et l’achat d’un moteur EE, le nouveau moteur gagne haut la main car il se rentabilisera dans quelques années. Ce qui est moins clair, c’est de choisir entre la réparation d’un moteur EE existant ou son remplacement par un nouveau — ou de faire le même choix entre deux moteurs standard qui fonctionnent moins d’heures.
Ce n’est qu’à l’extrémité inférieure de la plage de puissance, inférieure à 40 ch, et à un temps de fonctionnement faible que l’ancienne règle des 57% s’applique toujours.
Technologie de réparation avancée
En termes simples, les moteurs EE sont rendus plus efficaces en serrant les tolérances de fabrication et en emballant plus de conducteur dans le moteur pour réduire les pertes internes. De même, la technologie de réparation est devenue plus précise, et la dégradation de l’efficacité qui était courante dans un rembobinage de moteur a été considérablement réduite. Maintenant, les ateliers de réparation peuvent rembobiner un moteur à son efficacité d’origine et, dans certaines circonstances, améliorer son efficacité. Cela s’applique aux moteurs standard et EE.
Évidemment, le coût d’un rembobinage peut varier en fonction du degré de dommages internes, mais un prix typique pour un moteur à induction de 100 ch que nous utiliserons à titre d’exemple se situe entre 2 500 $ et 2 700 average – ou 2 600 average en moyenne par IPS Washington Service Center Price guidelines.
Le seuil des heures
Heures élevées: Lorsqu’un moteur fonctionne plus de 4 000 heures par an, le coût de l’énergie devient le facteur prépondérant dans la décision de réparation / remplacement. Comme pour un véhicule à kilométrage élevé, le coût du « carburant » l’emporte rapidement sur le coût du véhicule, et une décision de réparation / remplacement devient une question de choix de la solution la plus efficace (voir Figure 1). Les applications typiques sont les appareils fonctionnant presque en continu, y compris les grands compresseurs, les stations de pompage pétrochimiques, les concasseurs, les pompes d’eau d’alimentation, les machines à papier, certaines extrudeuses métalliques, les lignes de film plastique, les scieries, les laminoirs — ou à peu près tout ce qui fonctionne pendant trois quarts de travail.
L’exemple du moteur de 8 000 heures et de 100 ch sur la figure illustre le choix logique: Selon les projections de la NEMA, une augmentation de 1% de l’efficacité économisera 695 $ / an pour un coût d’énergie de 0,10 $ / kWh, la moyenne nationale approximative aux États-Unis et au Canada. La différence entre les moteurs standard et EE de cette puissance est d’environ 4%, donc les économies seraient de 2 780 $ / an. Un nouveau moteur EE coûte environ 8 800 $. Le coût d’un rembobinage « typique » est de 2 600 $. Ainsi, projetées sur une durée de vie de 10 ans, les économies d’énergie dictent à elles seules le choix d’acheter une nouvelle machine EE.
Intermédiaire: Dans la région de mi-temps — les moteurs qui fonctionnent jusqu’à 3000 heures par an — la décision de réparer ou de remplacer peut être déterminée par votre emplacement. En effet, le coût de l’électricité varie dans tout le pays, d’un peu plus de 0,05 $ / kWh à plus de 0,13 $ / kWh. Les exemples cités ici sont basés sur la moyenne nationale, mais les coûts de l’électricité qui sont 30% plus élevés que la moyenne appellent une réflexion différente.
Dans les cas où les coûts d’énergie sont élevés, un moteur fonctionnant dans la région des heures intermédiaires peut avoir des coûts d’énergie annuels similaires à ceux de la région des heures élevées et devrait être considéré comme un moteur à heures élevées. Inversement, si les coûts d’énergie sont faibles, les coûts d’énergie annuels pourraient pousser le moteur dans la catégorie des heures basses.
Temps faible: Pour les moteurs à temps faible — ceux dont le nombre d’heures de fonctionnement annuel est inférieur à 1500 — le choix est sensiblement le même que par le passé. Si un rembobinage va coûter plus de 57% du prix d’une nouvelle unité, optez pour la nouvelle machine. Les exemples incluent la plupart des moteurs utilisés pour un quart de travail par jour ou moins.
Sauf s’ils sont uniques ou font partie d’un équipement unique, personne ne répare les moteurs à courant alternatif de moins de 15 cv. Le calcul et le raisonnement sont simples: Le coût minimum de réparation dépassera le seuil de 57%.
La calculatrice
Le moyen le plus simple de prendre une décision préliminaire de réparation/ remplacement est d’utiliser la calculatrice illustrée à la figure 2. Voici comment cela fonctionne. Déterminez d’abord les éléments suivants:
- Heures de fonctionnement annuelles pour l’application du moteur (HA)
- Coût de l’énergie locale, enkW / kWh (E)
- Changement d’efficacité, en % (FNEW–FREPAIR)
- Coût de la réparation, enCR (CR)
- Coût d’un nouveau moteur, enCN (CN)
- et insérer les valeurs dans l’équation suivante:
- Coefficient de décision = HA •E • (FNEW–FREPAIR) • CR /CN
Par exemple, supposons qu’un moteur économe en énergie de 100 cv et 3 000 heures montre des signes de défaillance. Le coût de l’énergie est de 0,09 $ du service public local. En outre, estimez prudemment que si le moteur est rembobiné, il perdra 1% d’efficacité, de 95,5% pour le nouveau à 94,5%. Le coût du rembobinage est de 2 600 $ et un nouveau remplacement coûte 8 800 $. Doit-il être rembobiné ou remplacé?
Coefficient de décision = 3,000 • 0.09 • 1 • 2,600 /8,800 = 79.77
Sur la calculatrice, ce chiffre se situe bien dans la région « réparation ». D’un autre côté, si le moteur avait fonctionné encore 1 500 heures et avait été situé dans une zone où les coûts énergétiques sont de 0,13 $, la réponse aurait été juste au point d’arrêt.
Cette équation montre l’importance primordiale de l’efficacité. En changeant simplement le décalage d’efficacité de 1 à 2, le coefficient double. De plus, l’équation est prudente en ce sens qu’elle n’inclut pas de facteur d’augmentation des coûts de l’électricité — ce qui, comme le décès et les impôts, est une certitude. Ainsi, si le calculateur indique que la décision de réparation / remplacement est proche du point d’arrêt, le choix judicieux serait de remplacer le moteur pour profiter de l’efficacité accrue du nouveau moteur à mesure que les coûts d’énergie augmentent.
Décisions sur les moteurs à courant continu
La machine à courant continu est, comme le dit le proverbe, un animal différent. À l’exception des roulements, ses points d’usure sont différents de ceux des machines à courant alternatif et sa construction est beaucoup plus coûteuse — d’un facteur 2 à 4, selon sa conception. De même, les machines à courant continu sont un peu plus coûteuses à réparer que les unités à courant alternatif, mais pas d’un facteur 4 à moins que le collecteur et l’armature ne soient complètement détruits.
Les grandes machines à courant continu s’accrochent à ces applications spécialisées où le contrôle extrêmement précis de la vitesse est primordial, ou où il est possible d’utiliser un entraînement régénératif pour récupérer une partie de l’énergie déjà investie dans le mécanisme rotatif. En dehors de cela, la technologie à courant continu a été mise de côté par le courant alternatif, et les gros moteurs à courant continu sont devenus relégués aux applications où rien d’autre ne peut être contrôlé avec autant de précision.
Les décisions de réparation / remplacement pour le courant continu sont généralement plus simples que celles pour le courant alternatif car aucune ligne à haut rendement n’est fabriquée. De plus, les moteurs étant plus chers à fabriquer, les utilisateurs ont tendance à les conserver plus longtemps. Pour les machines à courant continu, le point d’arrêt de réparation / remplacement a tendance à être plus élevé que pour le courant alternatif, soit environ 65% du prix d’une unité neuve.