Comparés aux moteurs asynchrones triphasés classiques, les moteurs synchrones à aimants permanents offrent les avantages d'un couple de démarrage élevé, d'un temps de démarrage court et d'une capacité de surcharge élevée. Cela permet de réduire la puissance installée du moteur d'entraînement de l'équipement en fonction de la puissance réelle à l'arbre, économisant ainsi de l'énergie tout en réduisant les investissements en immobilisations.
Les moteurs synchrones à aimants permanents sont relativement faciles à contrôler, leur vitesse étant déterminée uniquement par la fréquence. Ils fonctionnent de manière fluide et fiable, indépendamment des fluctuations de charge et de tension. Leur vitesse parfaitement synchronisée offre une excellente réponse dynamique, ce qui les rend particulièrement adaptés à la régulation à fréquence variable.
Les moteurs synchrones à aimants permanents offrent également des avantages en termes de faibles pertes et d'échauffement, ainsi que de facteur de puissance et de rendement élevés. Ces caractéristiques, conformes aux exigences de performance des moteurs, expliquent leur domination sur le marché.
Pourquoi les moteurs à aimants permanents ont-ils de faibles pertes et une faible élévation de température ?
Le champ magnétique d'un moteur synchrone à aimants permanents étant généré par des aimants permanents, les pertes d'excitation (également appelées pertes cuivre) qui seraient autrement causées par l'utilisation du courant d'excitation pour générer le champ magnétique sont évitées. Lorsque le moteur tourne, le rotor ne consomme aucun courant, ce qui réduit considérablement l'échauffement du moteur. Selon des statistiques incomplètes, dans les mêmes conditions de charge, l'échauffement est inférieur d'environ 20 K.
Les moteurs synchrones à aimant permanent offrent un facteur de puissance et un rendement élevés
Comparés aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones à aimants permanents offrent un rendement nettement supérieur à faible charge. Ils bénéficient également d'une large plage de fonctionnement, dépassant 90 % pour un facteur de charge compris entre 25 % et 120 %. Leur rendement nominal est conforme à la norme nationale actuelle d'efficacité énergétique de classe 1, ce qui représente un avantage significatif par rapport aux moteurs asynchrones en termes d'économies d'énergie.
En fonctionnement réel, les moteurs fonctionnent rarement à pleine puissance lorsqu'ils entraînent des charges. Cela s'explique par deux facteurs : premièrement, lors du choix des moteurs, les concepteurs déterminent généralement leur puissance en fonction des conditions de fonctionnement extrêmes de la charge, qui sont rares. De plus, pour éviter le grillage du moteur en conditions de fonctionnement anormales, les moteurs sont souvent conçus avec une marge de puissance. Deuxièmement, pour garantir la fiabilité, les fabricants de moteurs incluent généralement une certaine marge de puissance au-delà de la puissance spécifiée par l'utilisateur. Par conséquent, la plupart des moteurs en fonctionnement réel fonctionnent à moins de 70 % de leur puissance nominale, en particulier lorsqu'ils entraînent des charges telles que des ventilateurs et des pompes, où ils fonctionnent généralement à faible charge. Le rendement des moteurs asynchrones à faible charge est très faible, tandis que celui des moteurs synchrones à aimants permanents peut rester relativement élevé dans cette plage.
Les moteurs synchrones à aimants permanents présentent un facteur de puissance élevé, quel que soit le nombre de pôles. À pleine charge, ce facteur de puissance est proche de l'unité. Il en résulte des courants moteurs plus faibles que ceux des moteurs asynchrones, ce qui se traduit par des pertes cuivre statoriques moindres et un rendement supérieur. Cependant, le facteur de puissance des moteurs asynchrones diminue avec l'augmentation du nombre de pôles. De plus, grâce à ce facteur de puissance élevé, la capacité de l'alimentation (transformateur) du moteur peut théoriquement être réduite, ce qui réduit les spécifications de l'appareillage de commutation et des câbles.
Inconvénients des moteurs synchrones à aimants permanents
Les moteurs synchrones à aimants permanents présentent également des inconvénients. Par exemple, leur courant de démarrage est environ neuf fois supérieur à celui des moteurs asynchrones. Ils ne peuvent pas être démarrés à tension réduite. Sous tension réduite, leur couple de démarrage asynchrone chute davantage que celui des moteurs asynchrones, ce qui entraîne des difficultés de démarrage. Les paramètres d'auto-démarrage et de courant de retour lors des courts-circuits des moteurs synchrones à aimants permanents varient considérablement selon les fabricants. De plus, en raison de la difficulté d'obtenir des données pertinentes, l'utilisation de moteurs synchrones à aimants permanents introduit des incertitudes quant aux performances des réseaux en court-circuit et à la vérification des calculs de démarrage.
