Calcul comparatif des économies d'énergie entre un moteur à aimant permanent à haut rendement et un moteur asynchrone

1. Efficacité et facteur de puissance

Lorsque le moteur asynchrone fonctionne, l'enroulement du rotor absorbe une partie de l'énergie électrique pour l'excitation du réseau électrique, qui consomme le réseau électrique. Cette partie de l’énergie électrique est finalement consommée sous forme de courant dans l’enroulement du rotor sous forme de chaleur. Cette perte représente environ 20 à 30 % de la perte totale du moteur. Cela fait diminuer l’efficacité du moteur. Le courant d'excitation du rotor est converti en un courant inductif dans l'enroulement du stator, ce qui fait que le courant entrant dans l'enroulement du stator est en retard d'un certain angle par rapport à la tension du réseau, ce qui entraîne une réduction du facteur de puissance du moteur.

De plus, les courbes de rendement et de facteur de puissance des moteurs synchrones à aimants permanents et des moteurs asynchrones (Figure 1) montrent que lorsque le taux de charge (=P2/Pn) d'un moteur asynchrone est <50 %, son rendement de fonctionnement et le facteur de puissance de fonctionnement diminue considérablement. , il est donc généralement nécessaire d'opérer à l'intérieur de la zone économique, c'est-à-dire que le taux de charge est compris entre 75 % et 100 %.

Une fois que le moteur synchrone à aimants permanents est intégré aux aimants permanents sur le rotor, les aimants permanents établissent le champ magnétique du rotor. En fonctionnement normal, les champs magnétiques du rotor et du stator fonctionnent de manière synchrone. Il n'y a pas de courant induit dans le rotor ni de perte de résistance du rotor. Cela seul peut améliorer l'efficacité du moteur de 4 à 50 %.

Puisqu'il n'y a pas d'excitation de courant induit dans le rotor du moteur à aimant permanent, l'enroulement du stator peut être une charge purement résistive, rendant le facteur de puissance du moteur infiniment proche de 1. Cela peut être vu sur les courbes de rendement et de facteur de puissance des moteurs synchrones à aimant permanent. et les moteurs asynchrones (Figure 1) qui, lorsque le taux de charge du moteur synchrone à aimant permanent est >20 %, son efficacité de fonctionnement et son facteur de puissance de fonctionnement changent peu, et son efficacité de fonctionnement >80 %.

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Figure 1 Courbes d'efficacité, de facteur de puissance et de facteur de charge

2. Augmentation de la température de travail

Lorsque le moteur asynchrone fonctionne, le courant circule dans l'enroulement du rotor et ce courant est entièrement consommé sous forme d'énergie thermique. Une grande quantité de chaleur sera donc générée dans l'enroulement du rotor, ce qui augmentera la température du moteur et affecter la durée de vie du moteur.

En raison du rendement élevé du moteur à aimant permanent, il n'y a pas de perte de résistance dans l'enroulement du rotor et il y a peu ou presque pas de courant réactif dans l'enroulement du stator, ce qui entraîne une faible élévation de température du moteur. L'élévation de température extrêmement faible garantit également la durée de vie de l'aimant permanent et prolonge la durée de vie de l'aimant permanent. La durée de vie du moteur est également prouvée par son application complète dans les machines de traction d'ascenseurs.

3. Impact sur le fonctionnement du réseau électrique

En raison du faible facteur de puissance du moteur asynchrone, le moteur absorbe une grande quantité de courant réactif du réseau électrique, ce qui entraîne une grande quantité de courant réactif dans le réseau électrique, les équipements de transmission et de transformation d'énergie et les équipements de production d'électricité, ce qui à son tour, cela réduit le facteur de qualité du réseau électrique et aggrave les problèmes du réseau électrique et des équipements de transmission. Une charge d'équipements de transformateur et d'équipement de production d'électricité, le courant réactif dans le réseau électrique, les équipements de transmission et de transformation d'énergie et les équipements de production d'électricité consomment tous une partie de l'énergie électrique, ce qui entraîne une baisse de l'efficacité du réseau électrique et affecte l'efficacité. utilisation de l’énergie électrique. Également en raison du faible rendement des moteurs asynchrones, afin de répondre aux exigences de puissance de sortie, il est nécessaire d'absorber davantage d'énergie électrique du réseau électrique, ce qui augmente encore la perte d'énergie électrique et augmente la charge sur le réseau électrique.

Il n'y a pas de courant induit dans le rotor du moteur à aimant permanent et le facteur de puissance du moteur est élevé, ce qui améliore le facteur de qualité du réseau électrique et élimine le besoin d'installer un compensateur dans le réseau électrique. Dans le même temps, grâce au rendement élevé du moteur à aimant permanent, l’énergie électrique est également économisée.

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4. Calcul des économies d'énergie

Lorsque le rendement d'un moteur sous charge nominale augmente de η1 à η2, l'énergie électrique ws (kW·h) économisée en faisant fonctionner le moteur pendant un an est la suivante :

PN : puissance nominale du moteur (kW) ;

LF% – taux de charge de fonctionnement du moteur ;

Th—-Durée de fonctionnement annuelle (h).

En prenant comme exemple les conditions de fonctionnement nominales du moteur 22 kW-4P, le rendement du moteur asynchrone de la série Y est de 91.5 %. Après le passage à un moteur à aimant permanent à haut rendement, lorsque le rendement augmente à 94.7 %, chaque unité économise de l'énergie électrique par an : 4.09 × 103 kW.h.

Remarque : ce qui précède correspond à des conditions de travail sous-estimées. Si le taux de charge change et que la plage de vitesse est large, l'effet d'économie d'énergie sera bien supérieur au point nominal.

5. Résumé

Par rapport aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent des avantages évidents. Ils ont un rendement élevé, un facteur de puissance élevé, de bons indicateurs de performance, une petite taille, un poids léger, une faible élévation de température, des effets techniques significatifs et améliorent mieux le facteur de qualité du réseau électrique, exerçant pleinement la capacité du réseau électrique existant, économisant ainsi des investissements. dans le réseau électrique et résout grandement le phénomène du « grand cheval et de la petite charrette » dans les équipements électriques.