Des factures d'énergie élevées et des performances moteur médiocres peuvent nuire à votre entreprise.
Utilisez-vous les mauvais matériaux ?
L'acier à l'intérieur de votre moteur fait toute la différence.
L'acier au silicium laminé à froid améliore considérablement le rendement des moteurs par rapport à l'acier laminé à chaud. Le laminage à froid assure un alignement parfait des grains d'acier, ce qui réduit les pertes d'énergie dans le noyau et augmente la puissance magnétique. L'acier laminé à chaud est moins cher, mais il dissipe davantage d'énergie sous forme de chaleur.
Examinons de plus près comment ces deux types d'acier modifient le fonctionnement des moteurs électriques, afin que vous puissiez choisir celui qui correspond le mieux à vos besoins.
Qu'est-ce que l'acier au silicium et pourquoi les moteurs en ont-ils besoin ?
Les moteurs faibles ralentissent votre travail.
Si votre moteur surchauffe, il risque de tomber complètement en panne.
Il faut une structure interne en métal robuste pour que le système fonctionne correctement.
L'acier au silicium est un métal spécial conçu pour les composants électriques. L'ajout de silicium au fer réduit les pertes de puissance et facilite la circulation du champ magnétique. Ceci permet de maintenir le moteur à une température basse et de réaliser des économies d'énergie.
Beaucoup de gens pensent que tous les aciers sont exactement les mêmes.
Mais à l'intérieur d'un moteur électrique, l'acier ordinaire pose de très gros problèmes.
L'acier ordinaire perd une énorme quantité d'énergie lorsque des aimants tournent à proximité.
Cette énergie perdue se transforme rapidement en chaleur.
Une chaleur excessive peut faire fondre les fils et endommager le moteur à la longue.
Le rôle du silicium
Pour remédier à ce problème, les ouvriers de l'usine ajoutent un peu de silicium à l'acier fondu.
Généralement, ils ajoutent entre deux et quatre pour cent de silicium.
Ce petit changement a des effets très importants sur le métal.
Le silicium ajouté agit comme un puissant obstacle aux courants électriques indésirables.
Nous appelons ces mauvais courants des « courants tourbillonnaires ».
En bloquant les courants de Foucault, on empêche la chaleur de s'accumuler.
Comment fonctionnent les aimants dans l'acier
Les moteurs électriques utilisent de puissants aimants pour tourner.
Le métal à l'intérieur du moteur doit permettre à la force magnétique de circuler facilement.
Nous appelons ce flux régulier « perméabilité magnétique ».
L'acier au silicium possède une perméabilité magnétique très élevée.
C'est comme une large autoroute lisse pour les aimants.
Examinons un tableau simple pour voir la différence exacte entre l'acier ordinaire et l'acier au silicium.
| Fonctionnalité | Acier ordinaire | Acier au silicium |
| Utilisation principale | Construction de maisons, de voitures, de canalisations | Moteurs électriques, lignes électriques |
| Perte d'énergie | Très élevé | Très Bas |
| Flux magnétique | Très pauvre | Très bien |
| Chaleur produite | Très élevé | Très Bas |
L'acier au silicium se présente sous forme de feuilles très fines.
Nous appelons ces feuilles minces des « laminés ».
Les ouvriers de l'usine empilent ces fines feuilles les unes contre les autres pour former le bloc central du moteur.
Des feuilles minces sont bien plus efficaces qu'un bloc épais et lourd de métal massif.
Ces couches minces contribuent à limiter encore davantage les pertes d'énergie.
Le silicium contribue également à maintenir le métal propre et résistant pendant de nombreuses années.
Comment l'acier au silicium laminé à chaud est fabriqué et utilisé
Vous voulez économiser de l'argent sur les pièces détachées.
Mais les pièces bon marché pourraient vous coûter plus cher plus tard.
Les méthodes traditionnelles de fabrication de l'acier sont-elles encore suffisamment performantes aujourd'hui ?
L'acier au silicium laminé à chaud est fabriqué en chauffant le métal à très haute température puis en le pressant à plat. Sa production est moins coûteuse. Cependant, la forme irrégulière de son grain le rend moins performant pour les moteurs modernes.
Parlons de l'ancienne méthode de fabrication de ce métal.
Le laminage à chaud, c'est exactement ce que son nom indique.
Les ouvriers chauffent le bloc d'acier jusqu'à ce qu'il devienne rougeoyant.
La température dépasse généralement 1 700 degrés Fahrenheit.
Sous cette chaleur extrême, le métal solide devient très mou et très facile à plier et à façonner.
Les avantages du roulage à chaud
Comme le métal chaud est très facile à façonner, l'acier laminé à chaud est très rapide et très bon marché à fabriquer.
Pendant longtemps, c'était la seule façon de fabriquer des pièces métalliques pour les moteurs.
Si vous construisez une machine simple où les pertes de puissance importent peu, l'acier laminé à chaud convient parfaitement.
Certaines machines très anciennes ou bon marché l'utilisent encore aujourd'hui.
Le mauvais côté du roulage à chaud
Cependant, chauffer le métal à des températures aussi élevées engendre de gros problèmes par la suite.
Lorsque l'acier chaud refroidit à température ambiante, il se rétracte.
Les bords ne sont plus parfaitement droits.
La surface est très rugueuse au toucher.
Plus important encore, la chaleur intense fait que les minuscules grains à l'intérieur du métal pointent dans toutes les directions.
Imaginez une grande foule de personnes marchant dans toutes les directions à la fois.
C'est très désordonné.
Lorsque la force magnétique tente de traverser le métal, elle se heurte à ces grains irréguliers.
Ces à-coups entraînent une perte d'énergie importante pour le moteur électrique.
Voici les principales caractéristiques de l'acier au silicium laminé à chaud :
- Surface rugueuse : Elle n'est pas lisse et paraît sombre.
- Grains aléatoires : La structure interne est complètement désordonnée.
- Feuilles plus épaisses : Il est très difficile de transformer de l'acier chaud en feuilles minces.
- À bas prix: Cela permet d'économiser un peu d'argent lors du premier achat.
Aujourd'hui, de nombreux grands groupes industriels cessent d'utiliser des tôles laminées à chaud pour la fabrication de moteurs.
Les pertes de puissance sont tout simplement trop importantes au regard des normes énergétiques modernes.
La fabrication de l'acier au silicium laminé à froid
Obtenir les meilleures performances demande un travail supplémentaire.
Êtes-vous prêt à payer pour des marches de meilleure qualité ?
Le laminage à froid prend plus de temps mais donne d'excellents résultats.
L'acier au silicium laminé à froid est obtenu à partir d'acier laminé à chaud, puis pressé une seconde fois à température ambiante. Cette étape supplémentaire permet un alignement parfait des grains. Le métal est ainsi plus fin, plus lisse et beaucoup plus résistant pour les applications électriques.
Examinons maintenant de plus près la méthode moderne.
L'acier au silicium laminé à froid commence en réalité sa vie comme de l'acier laminé à chaud standard.
Mais le travail en usine ne s'arrête pas là.
Les ouvriers ont laissé le métal en fusion refroidir complètement à température ambiante.
Ensuite, ils l'enroulent et le pressent à nouveau lorsqu'il est froid.
Le pouvoir de la température ambiante
Presser du métal froid et dur nécessite une force considérable.
Cela nécessite des machines géantes et un travail très dur.
Mais ce pressage intense modifie le métal de façon étonnante.
Cela rend la tôle d'acier parfaitement plane et lui confère une surface très brillante et lisse.
Aligner les grains
Le plus grand avantage du laminage à froid réside dans ce qui se passe au cœur même du métal.
La forte pression contraint les minuscules grains de métal à s'aligner en rangées droites et nettes.
Imaginez une fanfare.
Tous les membres du groupe marchent exactement dans la même direction, au même moment.
Lorsque la force magnétique traverse cet acier laminé à froid, elle suit un chemin clair et rectiligne.
Il n'y a aucun obstacle.
Il n'y a pas de foule encombrant à traverser.
C’est précisément cette conception directe qui explique pourquoi l’acier laminé à froid est bien meilleur pour les moteurs électriques.
Processus de recuit
Après le laminage à froid intensif, l'usine chauffe généralement le métal lentement puis le refroidit lentement.
Cette étape de chauffage spéciale est appelée « recuit ».
Le recuit élimine les contraintes emprisonnées à l'intérieur du métal froid.
Cela rend la structure à grains droits encore plus parfaite et stable.
Le procédé de laminage à froid permet aux fabricants de découper l'acier en feuilles très fines.
Certaines feuilles froides ont une épaisseur de seulement 0.1 millimètre.
Des feuilles très fines sont exactement ce dont les moteurs modernes et rapides ont besoin pour fonctionner sans problème et rester parfaitement froids.
Propriétés magnétiques : pourquoi l’acier laminé à froid l’emporte
Il vous faut un moteur qui réagisse vite et fort.
Des aimants de mauvaise qualité entraînent une faible puissance.
Quel acier possède réellement la meilleure force magnétique ?
L'acier laminé à froid l'emporte grâce à ses grains alignés qui lui confèrent une perméabilité magnétique élevée. Le champ magnétique y circule ainsi facilement. L'acier laminé à chaud, quant à lui, possède des grains à l'orientation aléatoire qui entravent cette circulation, obligeant le moteur à fournir un effort supplémentaire.
Il nous faut parler davantage des aimants pour comprendre toute l'histoire.
Un moteur électrique est en réalité simplement un aimant qui tourne à l'intérieur d'un boîtier métallique.
Plus le flux magnétique à l'intérieur du boîtier est important, mieux le moteur fonctionne.
La piste de course des aimants
Imaginez l'acier au silicium laminé à froid comme une piste de course parfaitement lisse.
Le flux magnétique peut parcourir la piste à une vitesse fulgurante, sans aucun arrêt.
C'est grâce à ces grains bien alignés dont nous venons de parler.
Le terme scientifique correspondant est « orientation cristallographique préférentielle ».
Mais cela signifie simplement que l'intérieur est extrêmement bien organisé.
L'acier laminé à chaud, c'est comme un chemin de terre boueux et jonché de gros cailloux.
Le flux magnétique doit exercer une force considérable pour traverser les grains désordonnés et hétérogènes.
Cette forte poussée gaspille beaucoup d'électricité.
Comparons les deux types d'acier côte à côte dans un tableau simple :
| Propriétés | Acier laminé à froid | Acier laminé à chaud |
| Flux magnétique | Très rapide et haute | Lent et bas |
| Structure des grains | Alignés (orientés) | Désordonné et aléatoire |
| Finition de surface | Lisse, propre, plat | Rugueux, sombre, ondulé |
| Limites d'épaisseur | Très mince (0.1 à 0.5 mm) | Épaisseur (1.5 à 6.0 mm) |
Le problème des courants de Foucault
Lorsque des aimants tournent rapidement, ils créent de petites boucles électriques indésirables.
On les appelle des courants de Foucault.
Ces boucles défectueuses volent de l'énergie au moteur.
L'acier laminé à froid est pressé très finement.
Les feuilles minces brisent physiquement ces boucles néfastes avant qu'elles ne puissent se développer.
L'acier laminé à chaud est beaucoup plus épais, ce qui permet aux boucles défectueuses de s'agrandir et de détourner davantage d'énergie.
Grâce à ces excellentes propriétés magnétiques, l'acier laminé à froid est toujours choisi pour les meilleurs moteurs.
C'est la solution idéale pour toute machine nécessitant une alimentation magnétique puissante et propre pour fonctionner.
Efficacité énergétique et pertes dans le noyau des moteurs
Le gaspillage d'énergie entraîne des factures plus élevées.
Chaque once de chaleur dégagée par votre moteur représente une perte d'argent.
Comment l'acier adéquat peut-il stopper cette fuite ?
Les pertes dans le noyau correspondent à l'énergie dissipée sous forme de chaleur dans un moteur. L'acier au silicium laminé à froid présente de très faibles pertes dans le noyau grâce à sa faible épaisseur et à sa haute résistance. Ceci améliore considérablement le rendement énergétique du moteur.
Lorsqu'on parle de la qualité globale d'un moteur, il faut aborder la question des « pertes dans le noyau ».
Les pertes dans le noyau correspondent simplement à l'électricité brute qui alimente le moteur mais ne se transforme pas en puissance de rotation réelle.
Au lieu de cela, elle se transforme directement en chaleur inutile.
Deux types de pertes
Les pertes dans le noyau comportent deux parties principales que vous devez connaître.
Premièrement, il y a la « perte par hystérésis ».
Cela se produit lorsque le champ magnétique bascule très rapidement d'un côté à l'autre.
Inverser la tendance demande beaucoup de travail.
Dans l'acier laminé à froid, les petits grains se retournent facilement car ils sont parfaitement alignés.
Cette inversion facile permet de maintenir les pertes par hystérésis à un niveau très faible.
Deuxièmement, il y a les « pertes par courants de Foucault ».
Comme nous l'avons vu précédemment, il s'agit de boucles électriques défectueuses à l'intérieur du métal.
Les fines feuilles d'acier laminé à froid empêchent la formation de ces boucles.
Le silicium supplémentaire contenu dans l'acier agit également comme une barrière pour les bloquer.
Économiser de l'argent et la planète
Lorsque vous optez pour de l'acier laminé à chaud bon marché, ces deux pertes d'énergie sont très importantes.
Le moteur chauffe très rapidement.
Un moteur qui chauffe a besoin de plus d'électricité pour continuer à fonctionner normalement.
Sur une année complète, un moteur fonctionnant à l'acier laminé à chaud vous coûtera beaucoup plus cher en factures d'électricité quotidiennes.
L'utilisation d'acier au silicium laminé à froid de haute qualité change complètement la donne.
Le moteur reste froid toute la journée.
Il consomme moins d'énergie pour effectuer exactement le même travail.
Cela augmente considérablement le « coefficient d'efficacité énergétique » de la machine.
Un taux d'efficacité élevé signifie que vous économisez de l'argent sonnant et trébuchant.
Cela signifie aussi que vous consommez moins d'électricité du réseau électrique de la ville, ce qui contribue à purifier l'air et est bien meilleur pour notre planète.
Coût vs performance : faire le bon choix
Choisir les matériaux est difficile.
Vous recherchez la haute qualité, mais votre budget est limité.
Comment trouver le juste équilibre entre le coût et les avantages à long terme ?
L'acier au silicium laminé à froid coûte plus cher à l'achat car sa fabrication nécessite davantage d'étapes. Cependant, il permet de réaliser des économies à long terme grâce à des factures d'électricité réduites et une durée de vie du moteur plus longue que l'acier laminé à chaud bon marché.
Il nous faut maintenant examiner strictement l'aspect commercial des choses.
L'achat d'acier pour une usine est une décision très importante.
Le prix du métal a un impact direct sur vos résultats financiers.
Le prix initial
L'acier au silicium laminé à froid est assez cher à l'achat.
Il faut beaucoup de temps, des presses géantes et des traitements thermiques minutieux pour obtenir une surface parfaitement plate et résistante.
L'acier laminé à chaud est très rapide et très facile à produire en grandes quantités, il est donc beaucoup moins cher à l'achat dès le premier jour.
Si l'on ne regarde que le prix initial, l'acier laminé à chaud semble être une excellente affaire.
Mais c'est un piège dangereux pour les propriétaires d'usines et les constructeurs de moteurs.
Les économies à long terme
Il faut considérer la durée de vie complète du moteur électrique.
Un moteur fabriqué avec de l'acier laminé à froid de première qualité consomme beaucoup moins d'électricité au quotidien.
En une ou deux années seulement, les importantes économies réalisées sur votre facture d'électricité compenseront largement le surcoût de l'acier de qualité.
De plus, l'acier laminé à froid permet au moteur de fonctionner à une température basse.
La chaleur finit par tuer tous les moteurs.
Un moteur qui ne chauffe pas dure beaucoup plus longtemps avant de tomber en panne.
Vous n'aurez plus besoin d'acheter un moteur de remplacement ni de payer des réparations coûteuses aussi souvent.
Meilleur travail en usine
Il existe un autre avantage important pour l'atelier de production.
L'acier laminé à froid est parfaitement lisse et facile à poinçonner en formes rondes.
Cela n'use pas aussi rapidement les outils de coupe affûtés de l'usine.
Cela permet au propriétaire de l'usine de réaliser de véritables économies sur l'achat hebdomadaire d'outils de coupe neufs et affûtés.
Conclusion
L'acier au silicium laminé à froid est le meilleur choix pour améliorer le rendement du moteur.
Sa structure fine et alignée empêche les pertes d'énergie et réduit la chaleur, ce qui vous permet d'économiser de l'argent et de l'énergie au fil du temps.
