Par rapport aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent les avantages d'un facteur de puissance élevé, d'un rendement élevé, de paramètres de rotor mesurables, d'un grand entrefer entre le stator et le rotor, de bonnes performances de contrôle, d'une petite taille, d'un poids léger, d'une structure simple, d'un rapport couple/inertie élevé, etc. Ils sont de plus en plus largement utilisés dans les domaines du pétrole, de l'industrie chimique, du textile, de l'exploitation minière, des machines-outils CNC, des robots, etc., et évoluent vers une puissance élevée (vitesse élevée, couple élevé), une fonctionnalité élevée et une miniaturisation.
Les moteurs synchrones à aimants permanents sont composés d'un stator et d'un rotor. Le stator, identique à celui des moteurs asynchrones, est constitué d'enroulements triphasés et de noyaux statoriques. Des aimants permanents prémagnétisés (magnétisés) sont installés sur le rotor, ce qui permet d'établir un champ magnétique dans l'espace environnant sans apport d'énergie externe, simplifiant ainsi la structure du moteur et économisant de l'énergie. Cet article explique les avantages complets des moteurs synchrones à aimants permanents, en se basant sur leurs caractéristiques.
1. Avantages exceptionnels du moteur synchrone à aimant permanent
(1) Le rotor étant constitué d'aimants permanents, la densité de flux magnétique est élevée, aucun courant d'excitation n'est requis et les pertes d'excitation sont éliminées. Comparés aux moteurs asynchrones, le courant d'excitation du bobinage statorique et les pertes cuivre et fer du rotor sont réduits, et le courant réactif est fortement réduit. Les potentiels magnétiques du stator et du rotor étant synchronisés, le noyau du rotor ne subit aucune perte fer fondamentale, ce qui améliore le rendement (relatif à la puissance active) et le facteur de puissance (relatif à la puissance réactive). Les moteurs synchrones à aimants permanents sont généralement conçus pour offrir un facteur de puissance et un rendement élevés, même sous faible charge.
Lorsque le taux de charge des moteurs asynchrones ordinaires est inférieur à 50 %, leur rendement et leur facteur de puissance chutent considérablement. Lorsque le taux de charge des moteurs synchrones à aimants permanents Mingteng est compris entre 25 et 120 %, leur rendement et leur facteur de puissance ne varient guère, atteignant un rendement supérieur à 90 % et un facteur de puissance supérieur à 0,85. Les économies d'énergie sont significatives à faible charge, à charge variable et à pleine charge.
(2) Les moteurs synchrones à aimants permanents présentent des propriétés mécaniques relativement rigides et sont plus résistants aux perturbations de couple dues aux variations de charge. Le noyau du rotor d'un moteur synchrone à aimants permanents peut être creux afin de réduire l'inertie du rotor, et les temps de démarrage et de freinage sont bien plus rapides que ceux d'un moteur asynchrone. Grâce à leur rapport couple/inertie élevé, les moteurs synchrones à aimants permanents sont plus adaptés aux conditions de réponse rapide que les moteurs asynchrones.
(3) La taille des moteurs synchrones à aimants permanents est nettement inférieure à celle des moteurs asynchrones, et leur poids est également relativement plus léger. À conditions de dissipation thermique et matériaux d'isolation identiques, la densité de puissance des moteurs synchrones à aimants permanents est plus de deux fois supérieure à celle des moteurs asynchrones triphasés.
(4) La structure du rotor est grandement simplifiée, ce qui est facile à entretenir et améliore la stabilité de fonctionnement.
Les moteurs asynchrones triphasés devant être conçus avec un facteur de puissance plus élevé, l'entrefer entre le stator et le rotor doit être très faible. L'uniformité de cet entrefer est cruciale pour la sécurité de fonctionnement et la réduction des vibrations. Par conséquent, les exigences en matière de tolérance de forme et de position, ainsi que de concentricité d'assemblage, sont relativement strictes pour les moteurs asynchrones, et la liberté de choix du jeu des roulements est relativement limitée. Les moteurs asynchrones de plus grande taille utilisent généralement des roulements lubrifiés par bain d'huile, qui doivent être remplis d'huile dans les délais impartis. Une fuite d'huile ou un remplissage intempestif de la chambre d'huile accélère la défaillance du roulement. L'entretien des roulements représente une part importante de la maintenance des moteurs asynchrones triphasés. De plus, en raison de la présence de courant induit dans le rotor du moteur asynchrone triphasé, le problème de la corrosion électrique des roulements a également suscité l'intérêt de nombreux chercheurs ces dernières années.
Les moteurs synchrones à aimants permanents ne présentent pas de tels problèmes. Grâce à leur entrefer important, les problèmes mentionnés ci-dessus, causés par le faible entrefer du moteur asynchrone, sont moins fréquents. De plus, leurs roulements sont lubrifiés à la graisse et protégés par des pare-poussière. Ils sont scellés avec une quantité appropriée de graisse de haute qualité en sortie d'usine. Leur durée de vie est bien supérieure à celle des moteurs asynchrones.
Afin d'éviter la corrosion des roulements par le courant de l'arbre, le moteur à aimants permanents Anhui Mingteng adopte une conception isolante pour l'ensemble roulements à l'extrémité arrière, ce qui permet d'isoler le roulement à un coût bien inférieur. Afin de garantir la durée de vie normale des roulements, le rotor de tous les moteurs synchrones à entraînement direct à aimants permanents d'Anhui Mingteng est doté d'une structure de support spéciale, et le remplacement des roulements sur site est identique à celui des moteurs asynchrones. Le remplacement et la maintenance ultérieurs des roulements permettent de réduire les coûts logistiques et le temps de maintenance, et de garantir la fiabilité de la production.
2. Applications typiques des moteurs synchrones à aimants permanents remplaçant les moteurs asynchrones
2.1 Moteur synchrone triphasé à aimant permanent à haute tension et à très haut rendement, à régulation de vitesse à fréquence variable, pour broyeur vertical dans l'industrie du ciment
Prenons l'exemple du moteur synchrone à aimants permanents à très haut rendement TYPKK1000-6 de 5 300 kW et 10 kV, destiné à la transformation d'un moteur asynchrone de remplacement. Ce produit est le premier moteur à aimants permanents haute tension de plus de 5 MW destiné à la transformation d'un broyeur vertical, fourni par Anhui Mingteng à une entreprise de matériaux de construction en 2021. Par rapport au système de moteur asynchrone d'origine, le taux d'économie d'énergie atteint 8 % et l'augmentation de la production peut atteindre 10 %. Le taux de charge moyen est de 80 %, le rendement du moteur à aimants permanents est de 97,9 % et le coût annuel d'économie d'énergie est de : (18,7097 millions de yuans ÷ 0,92) × 8 % = 1,6269 million de yuans ; Le coût d'économie d'énergie sur 15 ans est de : (18,7097 millions de yuans ÷ 0,92) × 8 % × 15 ans = 24,4040 millions de yuans ; l'investissement de remplacement est récupéré en 15 mois et le retour sur investissement est obtenu pendant 14 années consécutives.
Anhui Mingteng a fourni un ensemble complet d'équipements de transformation de broyeur vertical pour une entreprise de matériaux de construction dans le Shandong (TYPKK1000-6 5300kW 10kV)
2.2 Moteur synchrone triphasé à aimant permanent à démarrage automatique basse tension et à très haut rendement pour mélangeurs de l'industrie chimique
Prenons l'exemple du moteur synchrone à aimants permanents à très haut rendement TYCX315L1-4 160 kW 380 V, un moteur asynchrone de remplacement. Ce produit a été fourni par Anhui Mingteng en 2015 pour la transformation de moteurs de mélangeurs et de concasseurs dans l'industrie chimique. Le TYCX315L1-4 160 kW 380 V est adapté aux conditions de fonctionnement des mélangeurs. En calculant la consommation d'énergie par tonne et par unité de temps, l'utilisateur a calculé que le moteur synchrone à aimants permanents de 160 kW permettait d'économiser 11,5 % d'électricité de plus que le moteur asynchrone d'origine de même puissance. Après neuf ans d'utilisation réelle, les utilisateurs sont très satisfaits des économies d'énergie, de l'échauffement, du bruit, du courant et d'autres indicateurs du moteur synchrone à aimants permanents Mingteng en fonctionnement réel.
Anhui Mingteng a fourni un support de modification de mélangeur pour une entreprise chimique du Guizhou (TYCX315L1-4 160 kW 380 V)
3. Problèmes qui préoccupent les utilisateurs
3.1 Durée de vie du moteur : La durée de vie du moteur dépend de la durée de vie du roulement. Le carter du moteur est doté d'un indice de protection IP54, pouvant être porté à IP65 dans des conditions particulières, répondant ainsi aux exigences de la plupart des environnements poussiéreux et humides. Sous réserve d'une bonne coaxialité de l'extension d'arbre moteur et d'une charge radiale appropriée, la durée de vie minimale du roulement du moteur est supérieure à 20 000 heures. La durée de vie du ventilateur est également plus longue que celle d'un moteur à condensateur. En cas de fonctionnement prolongé dans un environnement poussiéreux et humide, il est nécessaire d'éliminer régulièrement les substances collantes collées au ventilateur afin d'éviter tout risque de surchauffe.
3.2 Défaillance et protection des matériaux des aimants permanents
L'importance des matériaux pour les aimants permanents dans les moteurs à aimants permanents est évidente, et leur coût représente plus d'un quart du coût total des matériaux du moteur. Les matériaux pour aimants permanents du rotor du moteur à aimants permanents Anhui Mingteng utilisent du NdFeB fritté à produit d'énergie magnétique élevé et à coercivité intrinsèque élevée. Les nuances conventionnelles incluent N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. L'entreprise a conçu des outils et des dispositifs de guidage professionnels pour l'assemblage de l'acier magnétique, et a analysé qualitativement la polarité de l'acier magnétique assemblé par des moyens raisonnables, de sorte que la valeur du flux magnétique relatif de chaque encoche soit proche, ce qui garantit la symétrie du circuit magnétique et la qualité de l'assemblage.
Les matériaux d'aimants permanents actuels peuvent fonctionner longtemps sous l'échauffement maximal admissible du bobinage du moteur, et le taux de démagnétisation naturelle de l'acier magnétique ne dépasse pas 1‰. Les matériaux d'aimants permanents conventionnels nécessitent que leur revêtement de surface résiste à un essai au brouillard salin de plus de 24 heures. Pour les environnements soumis à une corrosion oxydative sévère, les utilisateurs doivent contacter le fabricant afin de sélectionner des matériaux d'aimants permanents dotés d'une technologie de protection plus performante.
4. Comment choisir un moteur à aimant permanent pour remplacer un moteur asynchrone
4.1 Déterminer le type de charge
Différentes charges telles que les broyeurs à boulets, les pompes à eau et les ventilateurs ont des exigences de performances différentes pour les moteurs, le type de charge est donc très important pour la conception ou la sélection.
4.2 Déterminer l'état de charge du moteur en fonctionnement normal
Le moteur fonctionne-t-il en continu à pleine charge ou à faible charge ? Ou fonctionne-t-il parfois à forte charge, parfois à faible charge, et quelle est la durée du cycle de changement de charge ?
4.3 Déterminer l'impact des autres états de charge sur le moteur
Il existe de nombreux cas particuliers liés à la charge du moteur sur site. Par exemple, la charge d'un convoyeur à bande doit supporter une force radiale, et le moteur peut nécessiter un remplacement des roulements à billes par des roulements à rouleaux. En présence de poussière ou d'huile en abondance, il est nécessaire d'améliorer le niveau de protection du moteur.
4.4 Température ambiante
La température ambiante sur site est un critère important lors du choix du moteur. Nos moteurs conventionnels sont conçus pour une température ambiante de 0 à 40 °C ou moins, mais il arrive souvent que la température ambiante dépasse 40 °C. Dans ce cas, il est nécessaire de choisir un moteur plus puissant ou un moteur spécialement conçu.
4.5 Méthode d'installation sur site, dimensions d'installation du moteur
La méthode et les dimensions d'installation du moteur sur site sont également des données à obtenir, soit le plan d'apparence du moteur d'origine, soit les dimensions de l'interface d'installation, les dimensions des fondations et l'emplacement du moteur. En cas de contraintes d'espace sur site, il peut être nécessaire de modifier le mode de refroidissement du moteur, l'emplacement du boîtier de connexion, etc.
4.6 Autres facteurs environnementaux
De nombreux autres facteurs environnementaux ont un impact sur le choix du moteur, comme la pollution par la poussière ou l'huile qui affecte le niveau de protection du moteur ; par exemple, dans les environnements marins ou les environnements à pH élevé, le moteur doit être conçu pour une protection contre la corrosion ; dans les environnements à fortes vibrations et à haute altitude, il existe différentes considérations de conception.
4.7 Étude des paramètres et des conditions de fonctionnement du moteur asynchrone d'origine
(1) Données de la plaque signalétique : tension nominale, vitesse nominale, courant nominal, facteur de puissance nominal, rendement, modèle et autres paramètres
(2) Méthode d'installation : obtenir le dessin d'apparence du moteur d'origine, les photos d'installation sur site, etc.
(3) Paramètres de fonctionnement réels du moteur d'origine : courant, puissance, facteur de puissance, température, etc.
Conclusion
Les moteurs synchrones à aimants permanents sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant des démarrages difficiles et un fonctionnement léger. Leur promotion et leur utilisation présentent des avantages économiques et sociaux importants, ainsi qu'une importance capitale pour les économies d'énergie et la réduction des émissions. En termes de fiabilité et de stabilité, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent également des avantages précieux. Choisir des moteurs synchrones à aimants permanents à haut rendement est un investissement ponctuel aux bénéfices à long terme.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) se consacre depuis 17 ans à la recherche, au développement, à la production et à la commercialisation de moteurs synchrones à aimants permanents à très haut rendement. Sa gamme de produits couvre une gamme complète de machines haute tension, basse tension, à fréquence constante, à fréquence variable, conventionnelles, antidéflagrantes, à entraînement direct, à rouleaux électriques et tout-en-un, visant à optimiser l'efficacité de la force motrice des équipements industriels.
Les moteurs à aimants permanents d'Anhui Mingteng présentent les mêmes dimensions d'installation externes que les moteurs asynchrones couramment utilisés et peuvent parfaitement remplacer ces derniers. De plus, notre équipe technique professionnelle conçoit et fournit gratuitement des solutions de transformation à nos clients. Si vous avez besoin de transformer des moteurs asynchrones, n'hésitez pas à nous contacter ; nous serons ravis de vous aider !
Date de publication : 23 août 2024