1. Introduction
Dans les domaines du détournement de l'eau, du contrôle et du drainage des inondations, du traitement des eaux usées, de l'irrigation des terres agricoles, de la protection de l'environnement, etc., les projets de conservation de l'eau par pompe à faible levée et à grand débit sont largement utilisés. Habituellement, la plupart des pompes à basse vitesse utilisées dans de tels projets de conservation de l'eau sont des pompes à basse vitesse inférieures à 500 tr/min. Les moteurs de pompe à eau couramment utilisés comprennent les moteurs asynchrones, les moteurs synchrones et les moteurs submersibles spéciaux. Cependant, bon nombre des basses vitesses sont obtenues en s'appuyant sur des moteurs à grande vitesse connectés à des réducteurs. Étant donné que les réducteurs eux-mêmes présentent des pertes mécaniques et sont faciles à porter, ce type de système de pompe à basse vitesse entraîne également un faible rendement, une consommation d'énergie élevée, un bruit et des vibrations élevés, un volume important et une maintenance élevée.
Cependant, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent des avantages d'application sans précédent dans de telles applications techniques de conservation de l'eau. Le moteur synchrone à aimant permanent est conçu pour avoir une faible vitesse et peut entraîner directement la roue, éliminant ainsi le besoin d'une structure de réducteur. L'efficacité globale du système est élevée, le bruit et les vibrations sont faibles et le fonctionnement est plus sûr et plus fiable. Il coopère avec le système de contrôle spécial à aimant permanent pour former un système d'entraînement, s'appuyant sur les énormes avantages de l'économie d'énergie et de la protection de l'environnement, et est devenu une nouvelle tendance dans le développement de pompes à basse vitesse.
2. État actuel des applications des pompes à faible hauteur de chute, à haut débit et à basse vitesse dans les projets de conservation de l'eau
2.1 Pompe à flux transversal à arbre avec moteur asynchrone + réducteur
La forme structurelle et l'application technique de la pompe à flux transversal à arbre avec moteur asynchrone + réducteur sont illustrées à la figure 1. Ce type de pompe à flux transversal à arbre vertical est généralement entraîné par un moteur asynchrone de 4 à 8 pôles + réducteur. La longueur axiale est grande, le réducteur est facile à porter et l'huile lubrifiante doit être remplacée régulièrement. La charge de travail de maintenance est importante, le coût de maintenance est élevé et le système est moins efficace. En raison de la présence de pièces de rotation et de friction à grande vitesse, le bruit de vibration est élevé et l'efficacité du système est faible.
2.2 Pompe à arbre incliné à entraînement direct et moteur asynchrone
La forme structurelle et l'application technique d'une pompe à axe oblique à entraînement direct par moteur asynchrone sont illustrées à la figure 2. La vitesse du moteur asynchrone utilisée dans ce type de pompe à arbre oblique à entraînement direct par moteur asynchrone est généralement comprise entre 200 et 300 tr/min. Bien que le moteur asynchrone à basse vitesse entraîne directement le réducteur, le moteur asynchrone multipolaire à basse vitesse est affecté par la structure, la technologie et la dissipation thermique. Affectée par de nombreux facteurs, la structure du moteur est complexe, le processus est difficile et le moteur est de grande taille, de masse, de faible rendement et le facteur de puissance cos est extrêmement faible (généralement autour de 0.6, encore plus faible à faibles charges et élevé). -la compensation de puissance réactive de puissance doit être configurée). De plus, le courant réactif du moteur est important, la capacité de transmission et de distribution de puissance doit donc être augmentée d'au moins 1/3.
2.3 Pompe à débit axial vertical à moteur asynchrone vertical à basse vitesse
La forme structurelle et l'application technique de la pompe à flux axial vertical entraînée par un moteur asynchrone vertical à basse vitesse sont illustrées à la figure 3. Ce type de pompe à flux axial vertical entraînée par un moteur asynchrone vertical à basse vitesse est le même que la pompe à axe incliné. directement entraîné par le moteur asynchrone. Le moteur multipolaire à basse vitesse présente une structure complexe, un processus difficile, une grande taille, une masse importante, un faible rendement et un facteur de puissance extrêmement faible.
2.4 Moteur asynchrone + réducteur et moteur asynchrone basse vitesse pompe à flux transversal submersible à entraînement direct
Pour les pompes submersibles à flux transversal à moteur asynchrone + réducteur et à moteur asynchrone à basse vitesse, les problèmes de vibration du système et de bruit élevé sont plus importants et la structure est plus complexe. La structure des moteurs asynchrones à basse vitesse est principalement affectée par la grande taille du moteur asynchrone, et des problèmes tels que la section transversale réduite du canal d'écoulement sont plus importants.
3 Les énormes avantages des moteurs à aimants permanents à faible vitesse et à couple élevé
3.1 Développement et application de moteurs à aimants permanents
Un moteur à aimant permanent est un dispositif qui utilise des aimants permanents pour établir un champ magnétique d'excitation afin de réaliser une conversion d'énergie électromécanique. Depuis l'avènement des matériaux à aimants permanents NdFeB à haut rendement avec des propriétés magnétiques plus élevées et des prix relativement inférieurs en 1983, la recherche et le développement au pays et à l'étranger se sont concentrés sur les moteurs à aimants permanents industriels et civils. Au cours des dix dernières années, il a connu de nombreuses applications réussies dans diverses industries. L'efficacité d'un moteur synchrone à aimant permanent NdFeB à haut rendement à une charge nominale est de 2 % à 8 % supérieure à celle d'un moteur asynchrone à induction de même spécification, et il peut maintenir un rendement élevé et un rendement élevé dans la plage de charge nominale de 25 % ~ 120 %. Le facteur de puissance élevé rend l’effet d’économie d’énergie plus important lors d’un fonctionnement à faible charge.
3.2 Comparaison des structures du stator et du rotor des moteurs à aimants permanents à basse vitesse et des moteurs asynchrones à basse vitesse
Pour analyser plus en détail les caractéristiques des moteurs à aimants permanents à faible vitesse et à couple élevé, voici une analyse des avantages des moteurs à aimants permanents basée sur les différences dans les structures spécifiques du stator et du rotor des moteurs à aimants permanents à 20 pôles et Moteurs asynchrones 20 pôles. La figure 4 montre le stator et le rotor du moteur à aimant permanent, et la figure 5 montre le stator et le rotor du moteur asynchrone.
Le stator d'un moteur asynchrone comporte généralement plus de 120 bobines, et la barre de cuivre du rotor comporte généralement plus de 100 barres de cuivre. Par rapport aux moteurs à aimants permanents, les processus de stator et de rotor des moteurs asynchrones sont beaucoup plus complexes, ce qui rend difficile leur production pour les fabricants de moteurs généraux. Surtout lorsque le rotor du moteur asynchrone tourne, la barre de cuivre du rotor a une basse tension et un courant important, le rotor a également des courants de Foucault et génère une grande quantité de chaleur, ce qui entraîne des problèmes épineux de dissipation thermique (adopter généralement une exportation radiale et axiale à l'extérieur du corps et d'autres mesures complètes de dissipation thermique), le volume du rotor doit être augmenté. Le rotor du moteur à aimant permanent n'a pas besoin de dissiper la chaleur, ce qui simplifie grandement le processus et la structure, et améliore la sécurité et la fiabilité.
3.3 Avantages des moteurs à aimants permanents à basse vitesse utilisés dans les pompes à basse vitesse
Les moteurs à aimants permanents à basse vitesse sont utilisés dans les pompes à basse vitesse et présentent les avantages suivants :
① Petite taille, petite masse, facile à installer, faibles exigences en matière d'installations de base et autres. Par exemple, la masse d'un moteur à aimant permanent à basse vitesse à 20 pôles et 300 tr/min n'équivaut qu'à 1/2 à 1/3 de celle d'un moteur asynchrone de même vitesse ;
②Économie d'énergie et efficacité, l'efficacité générale des moteurs à aimants permanents est supérieure à 96 % et le facteur de puissance est supérieur à 0.97, tandis que l'efficacité des moteurs asynchrones est inférieure à 92 % et le facteur de puissance est d'environ 0.66 ;
③ La pompe à basse vitesse à faible vibration et bruit, à faible levée et à grand débit utilise un système d'entraînement de moteur à aimant permanent. Il n’y a pas de pièce fonctionnant à grande vitesse. Le moteur lui-même a peu de bruit et de vibrations. Dans le même temps, le réducteur et autres dispositifs de transmission sont éliminés. Le réducteur et autres dispositifs de transmission sont supprimés. Réduisez les vibrations et le bruit, rendant l'ensemble du système de transmission moins vibrant et plus bruyant ;
④ En raison de la structure simple du moteur à aimant permanent, il n'y a pas de problème de dissipation thermique dans le rotor, le fonctionnement est donc plus sûr et plus fiable, et la charge de travail de maintenance est faible ;
⑤ Facile à contrôler intelligemment, à l'aide d'un convertisseur de fréquence spécial, d'un contrôle de vitesse pratique, de fonctions complètes de protection contre les défauts, d'un couple de démarrage important, d'une large plage de régulation de vitesse et d'un fonctionnement sûr et stable du système ;
⑥Étant donné que le rotor n'a pas de courant induit, le rotor ne génère pas de chaleur, a une faible élévation de température et est facile à dissiper la chaleur ;
⑦ Étant donné que le courant réactif est très faible, le courant total du moteur est inférieur de plus d'un tiers à celui du moteur asynchrone, ce qui peut réduire les besoins en capacité pour le transport et la distribution d'énergie en amont (y compris les transformateurs, les commutateurs, les câbles, etc.) et réduire les investissements dans le système de transport et de distribution d’électricité.
