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Motor

Dissipation thermique du moteur

Calculez la dissipation thermique, l'élévation de température et la température de fonctionnement du moteur à partir de la puissance d'entrée et du rendement.

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Formule

P_loss = P_in × (1−η), ΔT = P_loss × Rθ

Winding-to-ambient thermal resistance (°C/W)
ΔTTemperature rise above ambient (°C)

Comment ça marche

La dissipation thermique du moteur est la puissance thermique qui doit être supprimée pour éviter une rupture de l'isolation des enroulements. Les pertes totales sont égales à la puissance d'entrée moins la puissance de sortie mécanique : P_loss = P_in − P_out = P_in × (1 − η). La principale composante de perte est la perte de cuivre (P_Cu = I² × R_winding), qui augmente avec le carré du courant et donc avec le carré du couple de charge. La résistance thermique du moteur (R_θ, en °C/W) détermine l'élévation de température en régime permanent : ΔT = P_loss × R_θ. La classe d'isolation limite la température maximale d'enroulement (classe B : 130 °C, classe F : 155 °C, classe H : 180 °C).

Exemple Résolu

Un moteur à courant continu à balais de 24 V et 100 W fonctionne à un rendement de 80 % sous charge continue. La résistance thermique (enroulement par rapport à la température ambiante) est de 1,8 °C/W. La température ambiante est de 35 °C. Isolation de classe F. Étape 1 — Puissance d'entrée : P_entrée = P_sortie/η = 100/0,80 = 125 W Étape 2 — Chaleur dissipée : P_perte = P_entrée − P_sortie = 125 − 100 = 25 W Étape 3 — Augmentation de la température du bobinage en régime permanent : ΔT = P_perte × R_θ = 25 × 1,8 = 45 °C Étape 4 — Température absolue d'enroulement : T_enroulement = T_ambiant + ΔT = 35 + 45 = 80 °C Étape 5 — Marge par rapport à la limite de classe F : Marge = 155 − 80 = 75 °C — suffisante pour un fonctionnement continu Résultat : avec un rendement de 80 % et une température ambiante de 35 °C, le moteur tourne à 80 °C dans le bobinage, soit bien dans les limites de la classe F. Si l'efficacité chute à 70 %, P_loss = 42,9 W et T_winding = 35 + 77 = 112 °C — toujours dans les limites, mais avec une marge de 43 °C seulement.

Conseils Pratiques

  • Utilisez une caméra thermique ou une thermistance intégrée pour mesurer la température en régime permanent dans la configuration de montage réelle — les valeurs R_θ de la fiche technique supposent une convection à air libre
  • Pour les applications d'asservissement et de positionnement avec des démarrages et des arrêts fréquents, modélisez la constante de temps thermique (τ = R_θ × C_thermal) pour garantir le refroidissement du moteur entre les rafales
  • Réduire le courant continu maximal de 3 à 5 % par degré Celsius de température ambiante supérieure à 25 °C en cas de fonctionnement dans des environnements à haute température

Erreurs Fréquentes

  • En supposant que la température du corps du moteur soit égale à la température de l'enroulement, le point chaud du bobinage peut être supérieur de 30 à 60 °C à la température mesurée du boîtier
  • Faire tourner un moteur à l'arrêt (vitesse nulle) pendant plus de quelques secondes : sans rotation de l'arbre, le flux d'air de refroidissement s'arrête et la résistance thermique augmente brusquement, ce qui entraîne une accumulation rapide de chaleur
  • Ignorer le rapport cyclique : un moteur peut tolérer 150 % du courant nominal pendant 10 s par intermittence, même s'il surchaufferait continuellement à ce niveau

Foire Aux Questions

Certaines fiches techniques du moteur répertorient R_θ (enroulement par rapport à la température ambiante ou bobinage par rapport au boîtier). S'il n'est pas disponible, mesurez-la expérimentalement : faites fonctionner le moteur à une dissipation de puissance connue jusqu'à l'équilibre thermique, puis mesurez la température du bobinage (via un changement de résistance ou une thermistance intégrée) et divisez ΔT par P_loss.
Sélectionnez une classe d'isolation avec une marge d'au moins 20 à 30 °C au-dessus de la température d'enroulement calculée dans le pire des cas. La classe F (155 °C) est standard pour les moteurs industriels. La classe H (180 °C) est utilisée dans les applications à température ambiante élevée ou à cycle de service élevé. Une isolation de qualité supérieure coûte généralement plus cher et peut affecter la taille du moteur.
Oui, la fréquence PWM élevée réduit l'ondulation du courant et les pertes de cuivre I²R. Cependant, les pertes par courants de Foucault et par hystérésis dans les lamelles du stator augmentent avec la fréquence. Pour les moteurs à courant continu à balais, les fréquences supérieures à 20 kHz sont généralement optimales. Pour les moteurs BLDC, la fréquence de commutation optimale dépend du matériau de laminage et de l'épaisseur spécifiques.

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