Par rapport aux moteurs à excitation électrique traditionnels, les moteurs à aimant permanent, en particulier moteurs à aimants permanents aux terres rares, présentent des avantages significatifs tels qu'une structure simple, un fonctionnement fiable, une petite taille, un poids léger, une faible perte, un rendement élevé, et la forme et la taille du moteur peuvent être flexibles et diversifiées, il est donc de plus en plus largement utilisé.
Les moteurs à aimants permanents utilisent des aimants permanents comme champ magnétique, qui peuvent maintenir leur champ magnétique sans énergie externe, tandis que les moteurs ordinaires nécessitent du courant pour avoir un champ magnétique.
Les moteurs à aimant permanent conventionnels sont généralement divisés dans les cinq catégories suivantes : moteurs à courant continu à aimant permanent, moteurs synchrones à aimant permanent à démarrage asynchrone, moteurs à courant continu sans balais à aimant permanent, moteurs synchrones à aimant permanent à vitesse variable et générateurs synchrones à aimant permanent.
Les moteurs à aimants permanents présentent principalement les caractéristiques suivantes :
1. Moteur à courant continu à aimant permanent
La différence structurelle entre un moteur à courant continu à aimant permanent et un moteur à courant continu ordinaire est que le premier annule l'enroulement de champ et le noyau polaire et le remplace par un pôle à aimant permanent. Les caractéristiques du moteur à courant continu à aimant permanent sont similaires à celles du moteur à courant continu à excitation séparée, la différence entre les deux réside dans la manière dont le champ magnétique principal est généré. Le premier a un champ magnétique incontrôlable, tandis que le second a un champ magnétique contrôlable. En plus des bonnes caractéristiques des moteurs à courant continu à excitation séparée, les moteurs à courant continu à aimant permanent présentent également les caractéristiques d'une structure simple, d'un fonctionnement fiable, d'un rendement élevé, d'une petite taille et d'un poids léger.
2. Moteur synchrone à aimant permanent à démarrage asynchrone
Un moteur synchrone à aimant permanent à démarrage asynchrone est un moteur synchrone à aimant permanent avec capacité de démarrage automatique, qui présente les caractéristiques d'un moteur à induction et d'un moteur synchrone à excitation électrique. Il s'appuie sur le couple asynchrone généré par l'interaction entre le champ magnétique tournant du stator et le rotor à cage pour réaliser le démarrage. En fonctionnement normal, le rotor tourne à une vitesse synchrone, le rotor à cage ne fonctionne plus et son principe de fonctionnement est fondamentalement le même que celui du moteur synchrone à excitation électrique. Par rapport au moteur à induction, le moteur synchrone à aimant permanent à démarrage asynchrone présente les caractéristiques suivantes :
(1) La vitesse est constante, c'est-à-dire la vitesse synchrone.
(2) Facteur de puissance élevé, même facteur de puissance avancé.
Réduisant ainsi le courant du stator et la perte de résistance du stator, et il n'y a pas de perte de cuivre du rotor pendant un fonctionnement stable, ce qui à son tour peut réduire les ventilateurs (les moteurs de petite capacité peuvent même retirer les ventilateurs) et la perte de friction du vent correspondante et l'efficacité peuvent être augmentées de 2 % à 8 % par rapport aux moteurs à induction de même spécification.
(3) Elle a un large éventail d’opérations économiques.
Il présente non seulement un facteur de puissance et un rendement élevés à charge nominale, mais également un facteur de puissance et un rendement élevés compris entre 25 % et 120 % de charge nominale, ce qui rend l'effet d'économie d'énergie plus significatif lorsqu'il fonctionne à charge légère. Ce type de moteur possède généralement un enroulement de démarrage sur le rotor, qui a la capacité de démarrer directement à une certaine fréquence et tension.
(4) Le volume et la qualité des moteurs à aimants permanents sont considérablement réduits par rapport aux moteurs à induction.
Par exemple, la masse d'un moteur asynchrone de 11 kW est de 220 kg, alors que celle du moteur à aimant permanent n'est que de 92 kg, soit 45.8 % de la masse du moteur asynchrone.
(5) Peu d’impact sur le réseau électrique.
Le facteur de puissance du moteur à induction est faible et le moteur doit absorber une grande quantité de courant réactif du réseau, ce qui entraîne une diminution du facteur de qualité du réseau, augmentant ainsi la charge sur les équipements et l'électricité de transformation et de distribution du réseau. perte. Cependant, il n'y a pas d'excitation de courant d'induction 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 rend plus nécessaire l'installation d'un dispositif de compensation de puissance réactive dans le réseau électrique.
(6) Étant donné que les matériaux à aimants permanents NdFeB sont généralement utilisés, le prix est élevé ; lorsque le moteur est mal conçu ou utilisé, une démagnétisation irréversible peut se produire.
(7) La technologie de traitement est complexe et la résistance mécanique est faible.
(8) Les performances du moteur sont fortement affectées par des facteurs tels que la température ambiante et la tension d'alimentation.
3. Moteur à courant continu sans balais à aimant permanent
Le moteur CC sans balais à aimant permanent remplace le collecteur du moteur CC par un dispositif de commutation électronique, qui conserve les excellentes caractéristiques du moteur CC. Il présente non seulement les avantages d'une structure simple, d'un fonctionnement fiable et d'un entretien pratique des moteurs à courant alternatif, mais présente également les avantages d'un couple de démarrage important et de bonnes performances de régulation de vitesse des moteurs à courant continu. En raison de l'annulation du collecteur à balais, la fiabilité est élevée ; la perte est principalement générée par le stator et les conditions de dissipation thermique sont bonnes ; le volume est petit et le poids est léger.
4. Moteur synchrone à aimant permanent à vitesse réglable
Le moteur synchrone à aimant permanent à vitesse variable et le moteur CC sans balai à aimant permanent ont fondamentalement la même structure, avec des enroulements multiphasés sur le stator et des aimants permanents sur le rotor. Les avantages des deux sont similaires. La principale différence entre eux est que le moteur à courant continu sans balais à aimant permanent réalise la synchronisation en fonction des informations de position du rotor, tandis que le moteur synchrone à aimant permanent à régulation de vitesse a besoin d'un système de contrôle électronique pour réaliser la synchronisation et la régulation de vitesse.
5. Générateur synchrone à aimant permanent
Le générateur synchrone à aimant permanent est un générateur synchrone avec une structure spéciale. Différent du générateur synchrone ordinaire, il utilise des aimants permanents pour établir un champ magnétique, annule l'enroulement d'excitation, l'alimentation d'excitation, l'anneau collecteur, le balai, etc., et a une structure simple. Fonctionnement fiable, haute efficacité, sans entretien. Lorsque des aimants permanents aux terres rares sont utilisés, la densité magnétique de l'entrefer est élevée, la densité de puissance est élevée, le volume est petit et le poids est léger. Cependant, puisqu'un aimant permanent est utilisé pour établir un champ magnétique, il est difficile d'ajuster la tension de sortie et la puissance réactive en ajustant la méthode d'excitation. De plus, les générateurs synchrones à aimants permanents utilisent généralement des aimants permanents NdFeB ou ferrite. Le coefficient de température des aimants permanents est élevé et la tension de sortie change avec le changement de température ambiante, ce qui entraîne un écart de tension de sortie par rapport à la tension nominale, et il est difficile de l'ajuster.
Pourquoi les moteurs à aimants permanents sont-ils plus efficaces ?
Le moteur synchrone à aimant permanent est principalement composé de composants de stator, de rotor et de boîtier. Comme les moteurs à courant alternatif ordinaires, le noyau du stator est une structure laminée destinée à réduire les pertes de fer dues aux courants de Foucault et aux effets d'hystérésis pendant le fonctionnement du moteur ; les enroulements sont également généralement des structures symétriques triphasées, mais la sélection des paramètres est assez différente.
La partie rotor présente diverses formes, notamment des rotors à aimants permanents avec cages d'écureuil de démarrage et des rotors à aimants permanents purs intégrés ou montés en surface. Le noyau du rotor peut être transformé en une structure solide ou stratifié. Le rotor est équipé d'un matériau à aimant permanent, communément appelé acier magnétique.
Dans le fonctionnement normal du moteur à aimant permanent, le champ magnétique du rotor et du stator sont dans un état synchrone, il n'y a pas de courant induit dans la partie du rotor, pas de perte de cuivre du rotor, d'hystérésis et de perte de courants de Foucault, et il n'est pas nécessaire considérer le problème de la perte du rotor et de la génération de chaleur.
Généralement, le moteur à aimant permanent est alimenté par un convertisseur de fréquence spécial et dispose naturellement d'une fonction de démarrage progressif.
De plus, le moteur à aimant permanent est un moteur synchrone, qui présente les caractéristiques d'ajuster le facteur de puissance du moteur synchrone grâce à la force de l'excitation, de sorte que le facteur de puissance peut être conçu à une valeur spécifiée.
Du point de vue du démarrage, du fait que le moteur à aimant permanent est démarré par l'alimentation à fréquence variable ou le convertisseur de fréquence de support, le processus de démarrage du moteur à aimant permanent est facile à réaliser ; Semblable au démarrage du moteur à fréquence variable, il évite les défauts de démarrage du moteur asynchrone ordinaire à cage.
En bref, l'efficacité et le facteur de puissance des moteurs à aimants permanents peuvent atteindre des niveaux très élevés et la structure est très simple. Le marché a été très dynamique ces dix dernières années.
Cependant, l’échec de la démagnétisation est un problème inévitable pour les moteurs à aimants permanents. Lorsque le courant est trop élevé ou que la température est trop élevée, la température des enroulements du moteur augmente instantanément, le courant augmente fortement et les aimants permanents perdent rapidement leur magnétisme.
Dans la commande du moteur à aimant permanent, un dispositif de protection contre les surintensités est défini pour éviter le problème de brûlure de l'enroulement du stator du moteur, mais la perte de magnétisation et l'arrêt de l'équipement qui en résultent sont inévitables.
—— Boîtier de conception de refroidissement optimal
Un moteur mieux refroidi fonctionne plus efficacement, afin d'obtenir le meilleur flux d'air, la conception du ventilateur de refroidissement et de la protection du ventilateur est optimisée, assurant une liaison étroite entre le stator et le boîtier du moteur pour fournir les meilleures performances de refroidissement. L’efficacité électrique du moteur s’est considérablement améliorée, mais la puissance du ventilateur de refroidissement représente une plus grande proportion de la perte totale. L'optimisation de la taille du ventilateur de refroidissement implique d'utiliser la puissance minimale du ventilateur tout en fournissant un refroidissement adéquat. Une conception optimisée du ventilateur réduit les besoins en énergie du ventilateur de 65 %. Une caractéristique de conception importante est le jeu entre les pales et le boîtier. L'espace entre le boîtier et les pales du ventilateur doit être aussi petit que possible pour éviter les turbulences et réduire le reflux.
—— Choisissez des roulements à faible friction pour les vitesses de fonctionnement
Les roulements à billes ou à rouleaux sont utilisés dans les moteurs à haut rendement et se composent d'une bague intérieure et extérieure et d'une cage contenant des rouleaux ou des billes en acier ou en céramique. La bague extérieure est reliée au stator et la bague intérieure est reliée au rotor. Lorsque l'arbre tourne, l'élément tourne également et le frottement de la rotation de l'arbre est minimisé. Ils ont une longue durée de vie et de faibles coûts de maintenance.
Les applications de haute précision permettent des entrefers minimes. Le retrait thermique et la dilatation thermique affectent l'ajustement de l'arbre et du boîtier ainsi que le jeu interne du roulement. La puissance de sortie contrôle la taille de l’arbre et l’alésage des roulements.
L'ampleur et la direction de la charge déterminent la taille et le type du roulement. Tenez compte des forces supplémentaires telles que les entrefers asymétriques provoquant une traction magnétique, des forces déséquilibrées, des erreurs de pas des engrenages et des charges de poussée. Pour les calculs de charge sur les roulements, l'arbre est considéré comme une poutre supportée par des supports rigides sans moment. Les roulements à billes sont mieux adaptés aux applications à grande vitesse que les roulements à rouleaux.
Les facteurs à grande vitesse incluent la conception de la cage, les lubrifiants, la précision de fonctionnement, les jeux, la fréquence de résonance et l'équilibre. Les roulements nécessitent une charge minimale, de sorte que les éléments roulants tournent pour former un film lubrifiant au lieu de glisser, ce qui augmente les températures de fonctionnement et dégrade l'huile lubrifiante. La charge minimale admissible est égale à 0.01 fois la charge radiale dynamique du roulement à billes. Ceci est particulièrement important lorsque le roulement approche 70 % de la valeur nominale recommandée.
Connaître la plage de température ambiante et la plage de température normale de fonctionnement permettra de déterminer la méthode de lubrification la plus efficace pour le roulement : huile ou graisse, et la plage de température normale de fonctionnement pour les motoréducteurs considérés en général est de -25 à 40°C. Les graisses synthétiques ont de bonnes performances sur une large plage de températures et permettent une maintenance et un nettoyage faciles, une réduction des déversements et une protection contre la contamination.
—— Utiliser des machines d'équilibrage de haute qualité, équilibrant selon des normes et des vitesses de fonctionnement du moteur élevées
Le bruit et les vibrations surviennent lorsque le centre de l'arbre ne coexiste pas avec l'axe de rotation. L'équilibre a un impact limité sur l'efficacité, mais affecte le bruit de fonctionnement et la durée de vie, ce qui est également important pour maximiser l'utilisation des ressources.
Les lectures de vibrations des roulements sont généralement effectuées dans trois plans : vertical, horizontal et axial. Les vibrations verticales peuvent indiquer un problème de montage, les vibrations horizontales peuvent indiquer un problème d'équilibre et les vibrations axiales peuvent indiquer un problème de roulement.
L'équilibre aux vitesses de fonctionnement est important car les forces centripètes dans les roulements peuvent également provoquer un déséquilibre.
—— Conception optimale des tôles du rotor présentant un champ magnétique sinusoïdal
Les moteurs synchrones dotés d'aimants permanents hautes performances ont une distribution de flux sinusoïdale et une force électromotrice. Pour les enroulements distribués, les enroulements du stator sont généralement les mêmes que ceux du moteur asynchrone, ce qui réduit les vibrations, le bruit et les coûts de maintenance et améliore les performances globales.
—— Sélection d'aimants en terres rares et en ferrite (céramique)
Des aimants en néodyme, en terres rares, en samarium et en cobalt ou en ferrite (céramique) sont utilisés dans les moteurs. Les aimants aux terres rares sont deux à trois fois plus puissants que les aimants permanents en ferrite ou en céramique, mais sont plus chers.
Les aimants en samarium-cobalt sont le meilleur choix pour les applications à haute température en raison de leur densité d'énergie élevée, de leur résistance à la température de 250 à 550°C, de leur faible diminution des paramètres due à l'augmentation de la température et de leur protection contre l'oxydation, le choix du samarium-cobalt ou du néodyme comme L'aimant du moteur doit répondre aux exigences de température de fonctionnement et de résistance à la corrosion.
Les aimants en néodyme de qualité inférieure peuvent commencer à perdre leur « force » s'ils sont chauffés au-dessus de 80°C, les aimants en néodyme de qualité supérieure fonctionnent à des températures inférieures à 220°C. Les aimants en ferrite ou en céramique sont largement acceptés en raison de leur forte résistance électrique, de leur bonne démagnétisation, de leur haute résistance à la corrosion et de leur faible coût.
La perte magnétique se produit lors du fonctionnement à des températures supérieures à 250°C, mais revient lorsque l'aimant est refroidi à une température plus basse. À moins que le circuit ne soit conçu pour des conditions extrêmes, la basse température de -40°C peut provoquer une perte permanente de la force de l'aimant permanent.
—— Le moteur a besoin d'un onduleur
L'unité d'entraînement de l'onduleur fonctionne sans perte en fonctionnement/à l'arrêt à vide, et des économies d'énergie allant jusqu'à 30 % sont attendues en remplaçant les entraînements triphasés alimentés par le secteur existants. Les caractéristiques de l'unité d'entraînement la rendent idéale pour entraîner des pompes et des ventilateurs en fonctionnement continu. Aucun composant supplémentaire tel que des encodeurs n'est requis. Un encombrement allant jusqu'à 25 % permet une conception de machine plus compacte. Les moteurs sont bien contrôlés et combinés à un contrôleur d'entraînement sans capteur, ils offrent d'excellentes performances réelles, même à basse vitesse, avec une dynamique impressionnante sous des charges pulsées et des changements de vitesse.
—— Choisissez un onduleur capable de fournir un fonctionnement sans capteur
Le variateur peut « auto-détecter » et suivre la position de l'aimant permanent du rotor. Ceci est essentiel pour le démarrage en douceur du moteur, tout en permettant également de produire un couple optimal et donc un rendement optimal.
L'absence de capteurs de position ou de vitesse réduit les coûts et augmente la fiabilité du système d'entraînement. À mesure que l'efficacité continue d'augmenter, il devient de plus en plus important de programmer les paramètres du contrôleur pour un moteur spécifique pour une efficacité optimale.
ENNENG se consacre à la recherche et au développement de divers moteurs à aimant permanent spéciaux à haute et basse tension, à faible vitesse et à couple élevé, de moteurs à aimant permanent à vitesse constante et de moteurs spéciaux à aimant permanent à entraînement direct.
Les moteurs à aimant permanent ENNENG sont largement utilisés dans les entreprises chinoises célèbres dans différents domaines, notamment les mines d'or, les mines de charbon, les usines de pneus, les puits de pétrole et les usines de traitement de l'eau, et ont bénéficié aux clients en matière d'économie d'énergie et de protection de l'environnement.
