Que fait un moteur d'ascenseur et pourquoi le choix est important

Le moteur d'ascenseur est le cœur de tout système d'ascenseur : c'est la machine qui convertit l'énergie électrique en couple mécanique nécessaire pour déplacer la cabine d'ascenseur, ses passagers et son contrepoids de haut en bas dans la cage d'ascenseur. Chaque paramètre de qualité de roulement remarqué par les passagers (douceur de l'accélération, précision du nivellement, confort d'arrêt et niveau sonore) est directement déterminé par les performances du moteur d'entraînement de l'ascenseur et de son système de contrôle associé. Un moteur mal spécifié ou usé produit des démarrages saccadés, un nivellement imprécis du sol et des bruits mécaniques qui érodent la confiance de l'utilisateur dans l'installation et accélèrent l'usure des câbles, des guides et des composants de freinage.

Pour les propriétaires d’immeubles, les gestionnaires d’installations et les ingénieurs d’ascenseurs, la décision de choisir un moteur entraîne des conséquences qui vont bien au-delà du coût d’installation initial. Le moteur de levage d'ascenseur est le plus gros consommateur d'énergie électrique dans un système d'ascenseur typique d'un immeuble de taille moyenne, et les différences d'efficacité énergétique entre les technologies de moteur peuvent se traduire par des milliers de dollars par an en coûts d'exploitation dans une installation à plusieurs ascenseurs. Le type de moteur détermine également les exigences de la salle des machines (ou si une salle des machines est nécessaire) les intervalles de maintenance, les niveaux de bruit et de vibrations transmis à la structure du bâtiment et la facilité de modernisation future à mesure que la technologie d'entraînement évolue.

L'industrie des ascenseurs a connu une transition technologique substantielle au cours des trois dernières décennies, passant d'entraînements à moteur à induction principalement à engrenages à des systèmes de moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) sans engrenage avec entraînements à fréquence variable (VFD). Comprendre la gamme complète des technologies de moteurs d'ascenseur disponibles (leurs principes de fonctionnement, leurs caractéristiques de performance, leurs points forts et leurs limites) est essentiel pour prendre des décisions éclairées concernant les nouvelles installations, les projets de modernisation et les stratégies de maintenance.

Moteurs d'ascenseur à engrenages ou sans engrenages : la division fondamentale

La classification la plus fondamentale dans moteur d'ascenseur La technologie divise les systèmes d'entraînement en configurations avec et sans engrenage. Cette distinction affecte presque tous les aspects de l'installation : taille de la salle des machines, niveau sonore, consommation d'énergie, vitesse de réa à câble et exigences de maintenance.

Systèmes d'entraînement d'ascenseur à engrenages

Dans un ascenseur à engrenages, l'arbre du moteur entraîne un engrenage à vis sans fin ou un réducteur à engrenages hélicoïdaux, qui réduit la vitesse de rotation élevée du moteur (généralement 900 à 1 500 tr/min pour un moteur à induction standard) jusqu'à la faible vitesse de poulie (généralement 30 à 100 tr/min) nécessaire pour entraîner les câbles de levage à la vitesse de câble correcte. Le rapport de réduction est généralement de 15:1 à 40:1 pour les machines à engrenages à vis sans fin et de 5:1 à 12:1 pour les réducteurs hélicoïdaux. Cette configuration permet à un moteur à induction relativement petit, à vitesse standard, de développer un couple suffisant au niveau de la poulie à câble grâce à l'avantage mécanique du rapport de démultiplication. Les motoréducteurs d'ascenseur sont principalement des moteurs à induction à courant alternatif ou continu allant de 5 kW pour les petits ascenseurs résidentiels à 75 kW pour les ascenseurs commerciaux de hauteur moyenne avec des vitesses de câble allant jusqu'à 2,5 m/s. Les principaux avantages des réducteurs sont un coût initial inférieur, l'utilisation de composants de moteur standard largement disponibles et la compatibilité avec l'alimentation électrique triphasée standard du bâtiment sans nécessiter de variateurs spécialisés dans les anciennes installations CA à deux vitesses.

Les inconvénients des réducteurs sont importants et expliquent le déclin de la technologie dans les nouvelles installations. Le réducteur à vis sans fin introduit des pertes mécaniques de 30 à 50 % (les engrenages à vis sans fin sont intrinsèquement inefficaces), ce qui signifie qu'un motoréducteur d'ascenseur doit être considérablement plus gros que son équivalent sans engrenage pour fournir la même puissance de déplacement de la cabine. L'huile pour engrenages nécessite une surveillance et un remplacement périodique (généralement tous les 3 à 5 ans), et la surface d'usure de l'engrenage à vis sans fin génère de la chaleur et du bruit qui augmentent avec le temps à mesure que l'engrenage se dégrade. Les machines à engrenages ont également des vitesses de câble limitées (la plupart ne sont pas économiques au-dessus de 2,5 m/s) et nécessitent généralement une salle des machines dédiée au-dessus de la cage d'ascenseur pour la boîte de vitesses, le moteur et l'armoire de commande.

Moteurs d'ascenseur sans engrenages

Dans un entraînement d'ascenseur sans engrenage, l'arbre du moteur est directement couplé à la poulie à câble — il n'y a pas de boîte de vitesses intermédiaire. Le moteur doit donc fonctionner exactement à la vitesse basse requise par la poulie (généralement 30 à 100 tr/min) tout en développant un couple très élevé directement au niveau de l'arbre. Cette configuration à entraînement direct élimine toutes les pertes mécaniques, le bruit et la maintenance liés aux engrenages, et c'est la raison pour laquelle les moteurs d'ascenseur sans engrenage modernes atteignent un rendement global du système de 75 à 90 %, contre 45 à 60 % pour les équivalents à engrenages. Les machines sans engrenages sont utilisées pour des vitesses de câble supérieures à 1,0 m/s dans les applications de hauteur moyenne et élevée et sont désormais également largement déployées dans les ascenseurs de faible et moyenne hauteur sans salle des machines (MRL) où l'ensemble moteur compact est installé directement dans la gaine ou sur la paroi de la gaine, éliminant ainsi entièrement la salle des machines. La conception sans engrenage nécessite soit un moteur spécialement conçu à faible vitesse et à couple élevé (généralement une machine synchrone à aimant permanent), soit un moteur à induction à faible vitesse spécialement conçu. Les moteurs standard du catalogue ne peuvent pas être utilisés sans boîte de vitesses car ils tournent à la mauvaise vitesse.

Types de moteurs d’ascenseur : une ventilation détaillée

Dans les catégories avec et sans engrenage, plusieurs technologies de moteur distinctes sont utilisées dans les applications d'ascenseur, chacune avec des caractéristiques de performance, des profils d'efficacité et une adéquation à l'application spécifiques.

Moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) — La norme moderne

Le moteur synchrone à aimant permanent est devenu la technologie dominante pour les nouvelles installations d'ascenseurs dans le monde entier, utilisé dans la grande majorité des entraînements d'ascenseurs sans engrenage MRL et des salles des machines. Dans un PMSM, le rotor porte des aimants permanents (généralement du néodyme-fer-bore, NdFeB) qui créent un champ magnétique constant sans nécessiter de courant d'enroulement du rotor, éliminant ainsi les pertes de cuivre du rotor et améliorant considérablement l'efficacité. Le stator est alimenté en courant alternatif à fréquence variable et à tension variable provenant d'un inverseur d'entraînement d'ascenseur (VFD) dédié, qui contrôle avec précision la vitesse et la position du rotor à l'aide du retour d'encodeur. Les moteurs d'ascenseur PMSM atteignent une efficacité énergétique de 92 à 96 % à charge nominale, soit nettement plus élevée que n'importe quelle alternative à moteur à induction. Ils sont compacts et légers pour leur couple de sortie (densité de puissance 2 à 4 fois supérieure à celle des moteurs à induction équivalents), fonctionnent silencieusement et permettent un contrôle extrêmement précis de la vitesse et de la position pour des démarrages et des arrêts en douceur et un nivellement précis du sol à ± 1 à 2 mm près. La principale limitation des moteurs d'ascenseur PMSM est leur dépendance à l'égard des aimants aux terres rares, qui augmentent les coûts et créent des problèmes de chaîne d'approvisionnement, ainsi que leur nécessité d'un variateur compatible : ils ne peuvent pas fonctionner directement à partir de l'alimentation sans un VFD.

Moteur à induction AC avec entraînement à fréquence variable (VFD)

Les moteurs à induction triphasés contrôlés par des variateurs de fréquence représentent l'alternative moderne et améliorée aux anciens moteurs à induction à vitesse fixe dans les applications d'ascenseurs à engrenages, et sont également utilisés dans certaines configurations sans engrenage. Le VFD ajuste la fréquence et la tension fournies au moteur pour contrôler sa vitesse en continu, permettant des profils d'accélération fluides et un contrôle précis de la vitesse sans les systèmes rhéostatiques ou de contrôle de vitesse moteur-générateur gaspilleurs d'énergie utilisés dans les installations plus anciennes. Les moteurs d'ascenseur à induction CA avec VFD atteignent une efficacité totale du système de 65 à 80 % dans les installations à engrenages et jusqu'à 85 % dans les configurations optimisées sans engrenage - bien mieux que les systèmes CA à deux vitesses ou CC Ward-Leonard qu'ils ont remplacés. Leurs principaux avantages par rapport au PMSM sont un coût de moteur inférieur, l'absence de dépendance aux aimants de terres rares et la possibilité de moderniser les installations existantes plus facilement puisque les châssis de moteur et les configurations d'enroulement standard sont disponibles auprès de plusieurs fabricants sans nécessiter la chaîne d'approvisionnement spécialisée en aimants du PMSM.

Moteurs d'ascenseur à courant continu (Ward-Leonard et contrôle des thyristors)

Les moteurs à courant continu contrôlés par des groupes électrogènes Ward-Leonard ou, plus tard, par des entraînements redresseurs à thyristors (SCR) ont dominé les installations d'ascenseurs hautes performances des années 1930 aux années 1990. Les moteurs d'ascenseur de série CC ou à enroulement composé fournissaient l'excellent couple à basse vitesse, le contrôle de vitesse en douceur et les caractéristiques de freinage dynamique nécessaires aux ascenseurs à grande vitesse et de grande hauteur avant que la technologie AC VFD ne mûrisse suffisamment pour correspondre à leurs performances. De nombreuses installations d'ascenseurs commerciaux de grande hauteur et haut de gamme plus anciennes utilisent encore des systèmes d'entraînement à courant continu qui ont été installés dans les années 1970 et 1990 et continuent de fonctionner de manière fiable. Les moteurs d'ascenseur à courant continu ne sont plus spécifiés pour les nouvelles installations, car les systèmes AC VFD et PMSM ont égalé ou dépassé leurs performances à moindre coût, avec un rendement plus élevé et avec des besoins de maintenance nettement inférieurs (les moteurs à courant continu nécessitent un entretien périodique des balais et des collecteurs que les moteurs à courant alternatif éliminent entièrement). La base installée de moteurs d'ascenseur à courant continu représente une importante opportunité de modernisation pour les propriétaires d'immeubles recherchant des économies d'énergie et une maintenance réduite.

Entraînements d'ascenseur à moteur à induction linéaire (LIM)

Les systèmes d'ascenseur à moteur à induction linéaire éliminent entièrement le câble et la poulie, en utilisant un stator plat monté dans le puits et un rail de réaction fixé à la cabine d'ascenseur pour produire une poussée linéaire directe sans aucun composant rotatif. Les ascenseurs LIM sont utilisés dans des applications spécifiques – notamment certaines tours d'observation, manèges de parcs d'attractions et systèmes de transport verticaux expérimentaux – où l'absence de cordes et de contrepoids simplifie la structure du puits. Cependant, les ascenseurs LIM n'ont pas été largement adoptés commercialement dans les applications d'ascenseurs de bâtiment standard en raison d'une efficacité moindre par rapport aux systèmes de traction par câble et de la complexité de l'installation du bus électrique dans la gaine. Ils restent une technologie de niche présentant des avantages spécifiques dans certains contextes architecturaux.

Unités de puissance hydrauliques pour ascenseurs

Les ascenseurs hydrauliques utilisent un moteur électrique pour entraîner une pompe hydraulique qui met le fluide sous pression pour étendre ou rétracter un piston, déplaçant ainsi la cabine d'ascenseur. Le moteur d'un groupe motopropulseur d'ascenseur hydraulique est généralement un moteur à induction triphasé fonctionnant à vitesse constante (1 450 ou 1 500 tr/min à 50 Hz), entraînant une pompe hydraulique à cylindrée fixe ou variable. Les tailles de moteur vont de 5 kW pour les petits ascenseurs domestiques à 45 kW pour les ascenseurs hydrauliques commerciaux robustes. Les entraînements d'ascenseur hydrauliques sont limités à de faibles hauteurs (généralement 2 à 6 étages), à de faibles vitesses (jusqu'à 0,63 m/s) et sont très inefficaces en énergie par rapport aux systèmes d'ascenseur à traction : le moteur tourne à pleine vitesse même pendant la descente, l'énergie étant dissipée sous forme de chaleur dans le fluide hydraulique plutôt que d'être récupérée. Les groupes hydrauliques modernes à vitesse variable avec cylindrée de pompe à commande électronique ont amélioré l'efficacité et la qualité de roulement par rapport aux anciens systèmes à vitesse fixe, mais les ascenseurs hydrauliques restent fondamentalement moins efficaces que les alternatives de traction et sont en déclin dans les nouvelles installations, sauf pour les applications spécifiques de faible hauteur où le placement de la salle des machines sous l'ascenseur est architecturalement avantageux.

Principales spécifications techniques d'un moteur de levage d'ascenseur

Lors de la spécification ou de l'évaluation d'un moteur d'ascenseur, un ensemble de paramètres techniques clés définit son adéquation à une application donnée. Comprendre ces spécifications est essentiel pour effectuer des comparaisons précises entre les produits et garantir que le moteur sélectionné répond à la fois aux exigences de l'application et aux exigences réglementaires.

Moteurs d'ascenseur sans salle des machines (MRL) : comment la conception compacte a changé l'industrie

L'introduction de la technologie des ascenseurs sans salle des machines au milieu des années 1990, rendue possible par le développement de moteurs d'ascenseur PMSM compacts et sans engrenages à couple élevé, a fondamentalement modifié les pratiques d'installation des ascenseurs et la conception des bâtiments. Avant les systèmes MRL, chaque installation d'ascenseur à traction nécessitait une salle des machines dédiée, généralement située directement au-dessus de la cage d'ascenseur, contenant la machine de traction, le panneau de commande et le régulateur. Cette salle des machines occupait un espace immobilier précieux (généralement 10 à 20 m² par ascenseur), nécessitait un support structurel capable de supporter le poids du moteur et des machines et imposait des contraintes de hauteur de plafond au dernier étage du bâtiment.

Les moteurs d'ascenseur MRL sont spécialement conçus pour être installés dans la gaine elle-même, soit sur la paroi latérale de la gaine au niveau du palier supérieur, sous le plafond de la gaine, soit dans une structure aérienne peu profonde, sans salle des machines séparée. Cela est possible parce que les moteurs sans engrenage PMSM modernes ont un profil de disque ou de crêpe très plat (longueur axiale souvent inférieure à 300 à 400 mm, même pour les machines de 15 à 20 kW) et leur faible vitesse de fonctionnement (30 à 80 tr/min) élimine le besoin de la grande et lourde boîte de vitesses qui donnait leur encombrement aux machines traditionnelles. Le moteur et le système de commande sont intégrés dans des unités compactes qui peuvent être installées par des mécaniciens d'ascenseurs standard sans équipement de grue spécialisé dans la plupart des cas.

Les avantages des installations d'ascenseurs MRL sont substantiels : l'élimination de la salle des machines permet d'économiser 10 à 20 m² de surface de plancher nette utilisable par ascenseur (très précieux dans les bâtiments commerciaux et résidentiels urbains), réduit les coûts structurels en éliminant le besoin d'un plancher de salle des machines avec une capacité de charge de poutre de grue, et l'ensemble moteur compact avec entraînement VFD et récupération d'énergie peut réduire la consommation d'énergie de 40 à 70 % par rapport aux anciens systèmes à courant alternatif ou à courant continu Ward-Leonard qu'ils remplacent dans les projets de modernisation. Aujourd'hui, les ascenseurs MRL alimentés par des moteurs PMSM compacts sans engrenages représentent la majorité des nouvelles installations d'ascenseurs dans des bâtiments allant jusqu'à environ 10 à 15 étages de hauteur, et leur technologie a été progressivement étendue vers le haut pour desservir des bâtiments plus hauts à mesure que la densité de puissance des moteurs continue de s'améliorer.

Efficacité énergétique et entraînements régénératifs dans les systèmes de moteurs d'ascenseur

Les moteurs d'ascenseur comptent parmi les charges électriques les plus importantes dans les immeubles à plusieurs étages, et la consommation d'énergie dans les systèmes d'ascenseur fait l'objet d'une attention croissante à mesure que les codes énergétiques des bâtiments se durcissent et que le coût de l'électricité commerciale augmente. Comprendre la performance énergétique des différentes configurations de moteurs et de variateurs d'ascenseur aide les propriétaires de bâtiments à prendre des décisions éclairées concernant les nouvelles installations et les investissements de modernisation.

Comment les moteurs d’ascenseur consomment et récupèrent de l’énergie

Un moteur d'ascenseur agit comme moteur pendant certaines phases de fonctionnement et comme générateur pendant d'autres, en fonction du sens de déplacement de la voiture et du poids relatif de la voiture plus les passagers par rapport au contrepoids. Lorsque l'ascenseur se déplace vers le côté le plus lourd (par exemple, un wagon chargé qui monte ou un wagon vide qui descend), le moteur d'entraînement consomme de l'énergie du réseau. Lorsque l'ascenseur se déplace contre le côté le plus lourd (une cabine vide heurtant un lourd contrepoids ou une cabine chargée descendant), le moteur est essentiellement entraîné par la charge : il agit comme un générateur, produisant de l'énergie électrique. Dans un entraînement non régénératif conventionnel, cette énergie générée est dissipée sous forme de chaleur dans les résistances de freinage. Dans un entraînement régénératif (également appelé entraînement frontal actif ou entraînement de récupération d'énergie), cette énergie générée est renvoyée au système de distribution électrique du bâtiment pour être utilisée par d'autres charges — un processus appelé freinage régénératif ou récupération d'énergie.

Économies d'énergie grâce aux entraînements d'ascenseur régénératifs

Les entraînements régénératifs d'ascenseur combinés à des moteurs PMSM à haut rendement représentent l'état de l'art en matière de performance énergétique des ascenseurs. L'énergie récupérée pendant les phases de freinage par récupération – qui peut représenter 20 à 35 % de l'énergie totale du moteur dans un cycle de service typique – est restituée au réseau du bâtiment plutôt que gaspillée sous forme de chaleur. Combinée au rendement de base plus élevé d'un moteur PMSM (92 à 96 %) par rapport à un moteur à induction à engrenages plus ancien (45 à 60 % du système total), une modernisation complète de l'entraînement régénératif PMSM peut réduire la consommation d'énergie des ascenseurs de 60 à 75 % dans les bâtiments dotés d'anciens systèmes hydrauliques ou à courant alternatif à deux vitesses. Pour un immeuble typique de taille moyenne doté de 2 à 4 ascenseurs, cela peut se traduire par des économies d'électricité annuelles de 10 000 à 30 000 kWh par ascenseur, ce qui représente une réduction significative des coûts d'exploitation aux tarifs d'électricité commerciaux actuels. Les normes de test de consommation d'énergie pour les ascenseurs, notamment ISO 25745 (mondiale) et VDI 4707 (norme allemande qui a influencé la norme ISO 25745), fournissent un cadre standardisé pour mesurer et comparer la consommation d'énergie des ascenseurs selon les produits et les types d'installation.

Consommation d'énergie en mode veille et inactif

Un aspect souvent négligé de la consommation d'énergie des moteurs d'ascenseur est l'alimentation en veille : l'électricité consommée par le système de commande de l'ascenseur, l'éclairage, la ventilation et l'électronique d'entraînement lorsque l'ascenseur est inactif (n'effectuant pas de déplacement). Dans de nombreux bâtiments commerciaux, l’ascenseur est en réalité inactif pendant 60 à 80 % des 24 heures, ce qui signifie que l’alimentation en veille peut représenter une fraction importante de la consommation totale d’énergie de l’ascenseur. Les systèmes de contrôle d'ascenseur modernes avec modes veille, éclairage de voiture à LED, ventilation contrôlée par la demande et modes VFD de veille à faible consommation peuvent réduire la consommation d'énergie en veille à seulement 50 à 100 W par ascenseur, contre 200 à 600 W pour les systèmes plus anciens — une différence qui s'accumule de manière significative tout au long de la durée de vie de l'ascenseur.

Sélection du moteur d'ascenseur : adapter le variateur à l'application

La sélection du bon moteur d'ascenseur pour une application de bâtiment spécifique nécessite une approche systématique qui évalue plusieurs paramètres interdépendants. Bien faire les choses dès la phase de conception évite à la fois la sous-spécification (performances inadéquates, surchauffe, usure prématurée) et la surspécification (gaspillage des coûts d’investissement, mauvaise efficacité en charge partielle).

Calcul de la puissance moteur requise

La puissance minimale requise du moteur d'ascenseur peut être calculée à partir de l'équation fondamentale : P = (Q × g × v) / (η_system × 1000), où Q est la charge nette (charge nominale de la cabine moins déséquilibre du contrepoids, en kg), g est l'accélération gravitationnelle (9,81 m/s²), v est la vitesse nominale de la cabine (m/s) et η_system est l'efficacité totale du système d'entraînement, y compris le moteur, l'onduleur et les pertes par friction de la poulie/du câble. Le contrepoids est généralement réglé sur le poids du wagon à vide plus 40 à 50 % de la charge nominale, ce qui signifie que le moteur n'a besoin que de générer le déséquilibre entre le wagon plus la charge et le contrepoids plutôt que de soulever le poids à pleine charge. Pour un élévateur de charge nominal de 1 000 kg à 1,6 m/s avec un déséquilibre du contrepoids de 40 % et un rendement total du système de 85 %, la puissance moteur requise est d'environ (400 × 9,81 × 1,6) / (0,85 × 1 000) ≈ 7,4 kW. Un moteur de 10 à 11 kW serait alors sélectionné pour fournir une taille de catalogue standard avec une marge de puissance de 30 à 35 % pour l'accélération, le fonctionnement d'urgence et la réserve thermique.

Catégorie de vitesse et type d'application

La spécification de vitesse du véhicule est le paramètre le plus important pour déterminer quelle technologie de moteur est appropriée. En règle générale : pour des vitesses allant jusqu'à 0,63 m/s (ascenseurs résidentiels et commerciaux de faible hauteur), les entraînements hydrauliques ou les petits motoréducteurs à induction avec VFD sont courants ; pour 0,63 à 2,5 m/s (commercial et résidentiel de taille moyenne), les systèmes PMSM MRL sans engrenage dominent le marché ; pour 2,5 à 10 m/s (bâtiments commerciaux de grande hauteur et à usage mixte), de plus grandes machines PMSM sans engrenage dans les salles de machines conventionnelles ou les salles de machines en attique sont standard ; au-dessus de 10 m/s (bâtiments très hauts), des machines sans engrenages à grande vitesse spécialement conçues par des fabricants spécialisés (Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi) sont nécessaires, souvent avec des configurations de câbles personnalisées, des fonctions de protection sismique et des systèmes d'amortissement actif du bruit.

Exigences en matière d'intensité du trafic et de cycle de service

Le dimensionnement thermique d'un moteur d'entraînement d'ascenseur doit tenir compte de l'intensité de trafic attendue : la fréquence de démarrage de l'ascenseur par heure et le modèle de cycle de service marche/arrêt. Un ascenseur résidentiel avec 15 à 30 démarrages par heure nécessite un moteur avec une masse thermique nettement inférieure à celui d'un ascenseur commercial à fort trafic dans un immeuble de bureaux aux heures de pointe du matin qui peut atteindre 120 à 180 démarrages par heure. Les classifications de cycle de service CEI 60034-1 — S3 (service périodique intermittent), S4 (service périodique intermittent avec démarrage) et S5 (service périodique intermittent avec démarrage et freinage électrique) — constituent le cadre standard pour spécifier les exigences thermiques des moteurs d'ascenseur. Le sous-dimensionnement de la classe thermique est l’une des causes les plus courantes de défaillance prématurée des enroulements des moteurs d’ascenseur dans les installations à fort trafic.

Systèmes de sécurité intégrés aux moteurs d'ascenseur

Le moteur de l'ascenseur ne fonctionne pas de manière isolée : il est intégré à un ensemble de systèmes de sécurité obligatoires qui surveillent, contrôlent et limitent son fonctionnement pour garantir la sécurité des passagers à tout moment. Comprendre ces interfaces de sécurité est essentiel tant pour le personnel de maintenance que pour les ingénieurs de modernisation.

• Frein électromécanique : Tous les moteurs d'ascenseur à traction sont équipés d'un frein électromagnétique à ressort et desserré électriquement qui s'enclenche automatiquement lorsque l'alimentation est coupée, que ce soit intentionnellement à un palier ou à la suite d'une panne de courant, d'une interruption du circuit de sécurité ou d'une condition de panne. Le frein doit maintenir le wagon entièrement chargé à l'arrêt sur n'importe quelle pente sans ramper, et doit être capable d'arrêter un wagon en survitesse en conjonction avec le régulateur et le système d'équipement de sécurité. EN 81-20 (norme européenne) et ASME A17.1 (norme nord-américaine) spécifient des couples minimaux de maintien des freins et exigent des circuits de freinage redondants sur les nouvelles installations. La surveillance de l'état des freins (mesurant le courant de desserrage des freins, le temps de desserrage et l'usure des disques) est de plus en plus intégrée aux contrôleurs de variateur modernes en tant qu'outil de maintenance prédictive.
• Surveillance du régulateur de vitesse et de l'encodeur : Le codeur du moteur d'ascenseur fournit un retour de vitesse continu au contrôleur d'entraînement, qui compare la vitesse réelle aux profils de vitesse autorisés tout au long du trajet. Si le seuil de survitesse de la voiture est dépassé (généralement 115 à 125 % de la vitesse nominale), le contrôleur de vitesse déclenche une séquence d'arrêt d'urgence. Un régulateur centrifuge mécanique connecté à la cabine via le câble du régulateur fournit un système de détection de survitesse secondaire et indépendant qui active le dispositif de sécurité de la cabine (de type progressif ou instantané) pour serrer les rails de guidage et amener la cabine à un arrêt contrôlé indépendant du moteur ou du système d'entraînement.
• Fonctions d'arrêt sécurisé du couple (STO) et d'entraînement de sécurité : Les variateurs VFD d'ascenseur modernes intègrent des fonctions de variateur de sécurité CEI 61800-5-2, notamment l'arrêt sécurisé du couple (STO), qui supprime la tension génératrice de couple des enroulements du moteur sans éteindre l'ensemble du variateur, éliminant ainsi le risque de redémarrage inattendu du moteur après un arrêt d'urgence alors que le variateur reste dans un état sûr surveillé. Des fonctions de sécurité de niveau supérieur, notamment Safe Stop 1 (SS1) et Safe Speed ​​Monitoring (SMS), sont de plus en plus requises par la norme EN 81-20 pour les nouvelles installations et sont implémentées dans le processeur de sécurité du variateur sans nécessiter de relais de sécurité externes.
• Protection thermique : Les moteurs d'ascenseur sont équipés de thermistances (capteurs PTC) ou de capteurs de température à résistance PT100 intégrés dans les enroulements du stator, qui surveillent en permanence la température des enroulements et signalent au contrôleur d'entraînement de réduire la charge ou de s'arrêter si la limite thermique est approchée. Cette protection empêche les dommages à l’isolation dus à une surcharge prolongée – par exemple, un moteur fonctionnant lors d’une journée à fort trafic pendant une canicule estivale dans une salle des machines non climatisée. Certains moteurs d'ascenseur PMSM modernes surveillent également la température de l'aimant pour se protéger contre la démagnétisation à des températures élevées.
• Protection contre les mouvements involontaires de voiture (UCM) : La norme EN 81-20 a introduit l'exigence d'une protection contre les mouvements involontaires de la cabine - un système qui détecte tout mouvement de la cabine d'ascenseur s'éloignant d'un palier avec les portes ouvertes et active un dispositif d'arrêt dans une limite de temps et de distance prescrite. La protection UCM est mise en œuvre à l'aide du codeur du moteur pour la surveillance de la position, combiné à un verrouillage matériel dans le système d'entraînement qui empêche le développement de la force de traction lorsque la porte est signalée ouverte, avec un dispositif d'arrêt mécanique indépendant en secours.

Entretien du moteur d’ascenseur : que faut-il inspecter et à quelle fréquence

Une maintenance préventive appropriée du moteur de traction d'ascenseur est essentielle pour un fonctionnement sûr, la conformité légale et pour atteindre la durée de vie nominale du moteur de 25 à 40 ans pour les machines PMSM modernes. Le calendrier de maintenance et le contenu de l'inspection varient en fonction du type de moteur, de l'intensité du trafic et des exigences des réglementations locales sur les ascenseurs (qui exigent généralement une inspection périodique par un ingénieur d'ascenseur certifié, quel que soit le programme de maintenance interne du propriétaire).

Contrôles mensuels et trimestriels de routine

Les contrôles mensuels des moteurs d'ascenseur PMSM sans engrenage doivent inclure l'écoute des bruits anormaux pendant le fonctionnement du moteur (grondement des roulements, cliquetis des freins ou vibrations résonantes), la vérification que l'ensemble moteur et frein ne montre aucun signe de pénétration d'huile ou d'humidité et la vérification de l'affichage de la température du moteur ou du journal du contrôleur pour tout événement thermique depuis la dernière inspection. Les contrôles trimestriels doivent inclure une inspection visuelle de toutes les terminaisons des câbles électriques au niveau de la boîte de jonction du moteur pour détecter l'étanchéité et les signes de surchauffe (décoloration, fissuration de l'isolation), la vérification des réglages de l'écartement des freins par rapport aux spécifications du fabricant à l'aide de jauges d'épaisseur et une inspection manuelle du câble au niveau de la poulie pour détecter une réduction du diamètre du câble, des ruptures de fil ou une contamination du lubrifiant qui pourrait augmenter l'usure de la poulie.

Tâches de maintenance annuelle

L'entretien annuel d'un moteur d'ascenseur sans engrenage doit inclure un test de résistance d'isolement des enroulements du moteur à l'aide d'un mégohmmètre de 500 V ou 1 000 V — la résistance d'isolement minimale acceptable est de 1 MΩ pour 1 kV de tension nominale, avec des valeurs inférieures à 10 MΩ justifiant une enquête et une tendance plus approfondies. L'état des roulements doit être évalué par mesure des vibrations (à l'aide d'un analyseur de vibrations portable sur les flasques du moteur) et comparé aux lectures de référence prises lors de la mise en service ou du dernier remplacement du roulement. La lubrification des roulements – soit un graissage des roulements du moteur selon les spécifications du fabricant (généralement 15 à 25 g de graisse au complexe de lithium toutes les 2 000 à 4 000 heures de fonctionnement), soit une vérification de l'étanchéité à vie des roulements – doit être effectuée. Pour les machines à engrenages, l'inspection annuelle comprend un échantillonnage de l'huile d'engrenage pour l'analyse des particules métalliques (tests ferrographiques pour détecter l'usure des engrenages avant panne), la mesure du jeu de l'engrenage à vis sans fin par rapport aux spécifications et l'inspection de l'état du joint du carter d'engrenage.

Signes indiquant qu’un moteur d’ascenseur doit être remplacé

Les principaux indicateurs indiquant qu'un moteur de traction d'ascenseur a atteint la fin de sa durée de vie et doit être remplacé plutôt que réparé comprennent : la résistance d'isolation constamment inférieure à 1 MΩ malgré le rembobinage ou le traitement (indiquant des dommages irréversibles dus à l'humidité ou une rupture de l'isolation), l'usure de l'alésage du boîtier de roulement qui ne peut pas être corrigée sans remplacement du boîtier, la démagnétisation de l'aimant du rotor PMSM indiquée par une perte constante du couple du moteur et confirmée par des tests CEM à vide, l'usure de la rainure de la poulie au-delà de la limite d'usure du fabricant (nécessitant le remplacement de la poulie qui rend souvent l'ensemble de la machine remplacement économique), ou un système de contrôle qui n'est plus pris en charge par le fabricant et pour lequel les pièces de rechange ne sont pas disponibles. Dans de nombreux cas, la modernisation complète de la machine (remplacement du moteur, du variateur et du système de contrôle dans son ensemble) est plus économique sur un horizon de 15 à 20 ans que la réparation d'une vieille machine et la mise à jour séparée du système de contrôle, en particulier compte tenu des économies d'énergie réalisées grâce aux entraînements PMSM modernes.

Comparaison côte à côte des principales technologies de moteurs d’ascenseur

Pour les ingénieurs, les propriétaires de bâtiments et les équipes d'approvisionnement évaluant les options de moteurs d'ascenseur, ce tableau comparatif résume les principaux facteurs de différenciation des principales technologies de moteurs utilisées aujourd'hui.

Modernisation des moteurs d'ascenseur : quand mettre à niveau et à quoi s'attendre

La décision de moderniser le système de moteur d'entraînement d'un ascenseur — plutôt que de continuer à entretenir l'installation existante — est motivée par une combinaison de facteurs : augmentation des coûts de maintenance, baisse de la qualité de conduite, performances énergétiques inférieures aux exigences actuelles de certification des bâtiments, obsolescence des pièces de rechange et changements dans les normes de sécurité qui nécessitent des mises à niveau de conformité. Comprendre les options de modernisation et leurs résultats probables aide les propriétaires d’immeubles à prendre des décisions d’investissement éclairées.

• Modernisation du variateur uniquement (remplacement de la commande et de l'onduleur) : Le remplacement du contrôleur d'ascenseur et de l'onduleur tout en conservant le moteur et la machine existants constitue l'option de modernisation la moins perturbatrice et la moins coûteuse, adaptée lorsque le moteur et la machine sont mécaniquement solides mais que le système de contrôle est obsolète ou peu fiable. Cette approche peut améliorer considérablement la qualité de conduite (en remplaçant la commande par contacteur à deux vitesses par des profils d'accélération VFD fluides) et peut réduire la consommation d'énergie de 15 à 25 %, mais les gains d'efficacité sont limités si le moteur existant est un type à induction à engrenages à faible rendement.
• Modernisation complète des machines et des entraînements : Le remplacement de l'ensemble de la machine de traction (moteur, frein, poulie) ainsi que du système d'entraînement et de contrôle offre une amélioration maximale des performances, de l'efficacité et de la fiabilité. Pour une installation de motoréducteur à induction existante avec une salle des machines, le remplacement par une machine PMSM et un entraînement régénératif permet généralement d'obtenir une réduction d'énergie de 50 à 70 %, d'éliminer l'entretien de l'huile pour engrenages, de réduire le bruit et d'offrir 25 ans de durée de vie supplémentaire. Le coût de cette option varie considérablement en fonction de la taille de la machine et de la difficulté d'accès, mais est généralement récupéré en économies d'énergie dans un délai de 5 à 8 ans pour les bâtiments commerciaux à forte intensité de trafic.
• Conversion sans salle des machines : Certains projets de modernisation convertissent les installations de salle des machines existantes en configuration MRL en déplaçant la nouvelle machine PMSM compacte dans la gaine, ce qui permet de reconvertir l'ancienne salle des machines en espace au sol louable. Cette conversion est importante sur le plan architectural et peut générer des revenus locatifs qui accélèrent considérablement le retour financier sur l'investissement de modernisation, mais nécessite une évaluation minutieuse de la structure et du puits pour vérifier que la structure du rail de guidage peut supporter les nouvelles charges de montage de la machine.
• Conversion hydraulique en traction : La conversion d'un ascenseur hydraulique existant en un système de traction (entraîné par câble) avec un moteur PMSM sans engrenage est une modernisation plus approfondie qui aborde à la fois l'inefficacité énergétique de l'entraînement hydraulique (efficacité du système généralement de 25 à 40 %) et la responsabilité environnementale de l'huile et du cylindre hydrauliques. La conversion de traction élimine le vérin hydraulique et le fluide, augmente la capacité de vitesse de déplacement et réduit la consommation d'énergie de 50 à 70 %. Le projet comprend l'installation d'une nouvelle machine aérienne, de rails de guidage adaptés aux charges de traction, d'un nouveau châssis de wagon et d'un nouveau contrepoids, ainsi que du retrait complet du système hydraulique et de l'élimination des fluides — un coût de projet substantiel qui est généralement justifié pour les ascenseurs ayant une durée de vie restante importante et une intensité de trafic élevée.