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Moteurs sont utilisés lorsqu'il est nécessaire de déplacer certains objets. Et l'efficacité du moteur détermine la rentabilité du mouvement. Un moteur génère généralement un mouvement de rotation et le transmet au compartiment d'extrémité où ce mouvement est utilisé. Une partie de la puissance générée par le moteur est perdue en cours de route en raison de facteurs tels que la friction ou la perte de chaleur. Le rendement du moteur est donc le rapport entre l’énergie réelle utilisée et l’énergie injectée dans le système mécanique. Évidemment, des moteurs plus efficaces garantissent des coûts d’exploitation inférieurs, ce que recherche tout utilisateur de moteurs.
Dans cet article, nous tenterons d'expliquer comment vous pouvez prendre une décision plus éclairée quant au moteur le mieux adapté à votre application.
Quelques termes
Avant d’approfondir l’efficacité du moteur et son estimation, examinons quelques termes importants :
Réalisations
Le travail est la quantité d'énergie nécessaire pour déplacer une masse sur une certaine distance en appliquant une certaine force.
Puissance
La puissance est la quantité de travail effectué par unité de temps.
Efficacité
Mesure de la quantité d’énergie apportée à un système qui peut être convertie en énergie de sortie ou en travail.
Charge nominale
La charge maximale qu'une machine peut fournir avec une efficacité suffisante.
Pleine charge
La charge maximale qu'une machine peut fournir.
Facteur de puissance
Le rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente dans un circuit.
La puissance réelle est la puissance électrique réellement utilisée, la puissance apparente est la puissance électrique totale délivrée au circuit.
Rotor
Partie mobile d'un moteur qui fait tourner l'arbre pour produire de l'énergie mécanique.
Stator
La partie fixe du moteur avec des enroulements ou des aimants fixes avec des noyaux constitués de différentes tôles ou matériaux stratifiés.
Se familiariser avec ces terminologies vous aidera à mieux comprendre la structure d'un moteur et les principes de base de son fonctionnement.
Calcul de l'efficacité du moteur
Pour calculer le rendement d’un moteur électrique, il est nécessaire de déterminer la puissance d’entrée et la puissance de sortie du moteur. L'efficacité est définie comme le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée, exprimé en pourcentage. Voici les instructions étape par étape :
Déterminer la puissance d'entrée (broche): C'est la puissance électrique fournie au moteur. La formule est Pin = V x I, où V est la tension appliquée au moteur et I est le courant circulant dans le moteur. Assurez-vous d'utiliser des unités cohérentes (par exemple, volts et ampères).
Mesurer ou calculer la puissance de sortie (Pout): C'est la puissance mécanique produite par le moteur. Elle peut être déterminée de différentes manières selon l'application. Par exemple
Si le couple (T) et la vitesse angulaire (ω) produits par le moteur sont connus, la formule Pout = T x ω peut être utilisée.
Si la vitesse (N) et la puissance nominale (Prated) du moteur sont disponibles, la puissance de sortie peut être estimée comme Pout = Prated x (N/Nrated) (où Nrated est la vitesse nominale du moteur).
Calcul de l'efficacité (η): L'efficacité est calculée comme η = (Pout / Pin) x 100 %. Cela donnera l'efficacité en pourcentage.
Par exemple, supposons un moteur avec une puissance d'entrée de 1000 800 watts (Pin) et une puissance de sortie de XNUMX watts (Pout). L'efficacité est calculée comme suit
η = (800/1000) x 100 % = 80 %.
Dans ce cas, le rendement du moteur est de 80 %, ce qui indique que 80 % de l’énergie électrique d’entrée est convertie en puissance mécanique utile.
Il est important de noter que l'efficacité du moteur varie en fonction de facteurs tels que les conditions de charge, la température et la conception. Il est donc recommandé d'effectuer des mesures ou de consulter les spécifications du moteur afin de calculer avec précision le rendement dans une situation pratique.
Efficacité du moteur et ses classes
Pour mesurer l'efficacité d'un moteur, deux types de tests sont généralement effectués : un test à vide et un test en charge. Un test à vide consiste à faire fonctionner le moteur sans charge, tandis qu'un test en charge consiste à faire fonctionner le moteur avec une charge connue. Dans ces tests, la puissance d'entrée et la puissance de sortie du moteur sont mesurées à l'aide d'instruments spécialisés et le rendement est calculé à l'aide de la formule mentionnée précédemment. Il est important de noter que le rendement du moteur varie en fonction des conditions de charge. Il est donc important de tester les moteurs dans des conditions de fonctionnement typiques pour obtenir des mesures précises.
La Commission électrotechnique internationale (CEI) et la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ont désigné plusieurs classes d'efficacité des moteurs. Ces valeurs nominales sont basées sur les pertes maximales admissibles du moteur et sont déterminées par la conception et la taille du moteur. Plus l’indice d’efficacité est élevé, plus les pertes admissibles sont faibles et plus le moteur sera globalement efficace.
Voici les principales classes de rendement du moteur :
Efficacité standard (IE1, NEMA conception A): Il s’agit de l’indice d’efficacité le plus bas pour les moteurs et est généralement utilisé pour les moteurs plus anciens ou moins coûteux. Ces moteurs ont un rendement allant de 50 à 90 %, selon leur taille et leur application.
Haute efficacité (IE2, NEMA conception B): L'efficacité minimale de cette classe est de 3 à 6 % supérieure à la classe d'efficacité standard. Ces moteurs sont plus efficaces et sont généralement utilisés dans des applications où la conservation de l'énergie est une priorité.
Efficacité supérieure (IE3, NEMA Design C): L'efficacité minimale de cette classe est de 2 à 3 % supérieure à celle de la classe à haute efficacité. Ces moteurs sont les plus efficaces et sont généralement utilisés dans des applications hautes performances où l'efficacité énergétique et la fiabilité sont importantes.
Ultra haute efficacité (IE4, NEMA Design D): Le niveau d'efficacité minimum pour cette classe est 1 à 2 % plus élevé que la classe Haute Efficacité. Ces moteurs sont les plus avancés et les plus efficaces disponibles, permettant les pertes les plus faibles et le rendement global le plus élevé.
La sélection d'un moteur avec un indice de rendement plus élevé peut réduire la consommation d'énergie et les coûts d'exploitation tout en améliorant les performances et la fiabilité. Il est important de consulter les spécifications du moteur et de prendre des mesures pour obtenir une image précise de l'efficacité du moteur dans les applications réelles.
Maintenir les performances du moteur et améliorer son efficacité
Chaque système présente des pertes qui font que la sortie est inférieure à l'entrée. C'est pourquoi nous devons prendre en compte l'efficacité du système, dont l'efficacité du moteur. Les pertes du moteur peuvent avoir diverses causes, telles que le frottement, la dissipation de l'énergie magnétique du moteur et les pertes résistives. Évidemment, la réduction des pertes du moteur augmentera son efficacité.
Une chose à garder à l’esprit est de surveiller en permanence le moteur. Cela signifie également garder une trace de l'âge du moteur, de la puissance de sortie fournie et de la puissance nominale du moteur pour calculer l'efficacité à long terme du moteur. De plus, vous devez surveiller le déséquilibre de tension, le déséquilibre de courant et le facteur de puissance (PF). Évidemment, vous voulez un facteur de puissance proche de 100 pour cent.
Il existe plusieurs façons d'améliorer l'efficacité du moteur :
1.Le stator du moteur est la principale cause des pertes du moteur. Il a été rapporté que les pertes du stator représentent environ 30 % ou plus des pertes globales du moteur. Afin de réduire les pertes résistives correspondantes, la masse des enroulements du stator doit être maintenue à une valeur élevée.
2.Une autre cause importante des pertes du moteur est l'hystérésis.. L'utilisation de matériaux de meilleure qualité (par exemple, de l'acier contenant du silicium) élimine les pertes magnétiques du noyau et réduit ainsi les pertes. L'augmentation de la longueur des tôles tout en réduisant l'épaisseur des tôles réduit également la densité de flux magnétique et réduit ainsi les pertes dans le noyau.
3.Il existe un phénomène appelé glissement, qui est la différence entre la vitesse du champ magnétique et la vitesse réelle du rotor et de l'arbre sous une charge donnée.. Il faut réduire le glissement, ce qui signifie que la conductivité du rotor doit être augmentée. Ceci peut être réalisé en utilisant un certain nombre de matériaux hautement conducteurs, tels que le boîtier en cuivre moulé pour le rotor.
4.Vous devez vous assurer que les performances du système de refroidissement ne sont pas affectées. Pour ce faire, vous pouvez nettoyer régulièrement les abords du moteur et vérifier que le flux d'air vers le châssis et les compartiments correspondants ne risque pas d'être obstrué. En ce qui concerne le châssis du moteur, il doit être en bon état pour non seulement maintenir le moteur en place, mais également garantir que la chaleur est correctement transférée de l'intérieur vers la surface extérieure, où elle est refroidie par l'air.
5.L’utilisation d’un meilleur matériau isolant entre les stratifiés ou les feuilles réduira les pertes causées par les courants de Foucault.
6, La lubrification du moteur est un autre facteur important pour le fonctionnement efficace du moteur.. Assurez-vous que différents types de graisse ne sont pas utilisés en même temps et que les intervalles de lubrification sont basés sur la vitesse nominale installée du moteur, la taille des roulements, le type de graisse et l'augmentation de température.
En résumé, comprendre l’efficacité du moteur est essentiel pour optimiser la consommation d’énergie et réduire les coûts d’exploitation. En choisissant des moteurs avec des indices d'efficacité plus élevés, les entreprises et les particuliers peuvent faire des progrès significatifs vers la durabilité et la rentabilité. Que ce soit dans les environnements industriels, les systèmes de transport ou les appareils du quotidien, l’impact des moteurs à haut rendement ne peut être sous-estimé. Travaillons donc ensemble pour améliorer l’efficacité de nos moteurs et ouvrir la voie à un avenir plus vert et plus efficace. Ensemble, nous pouvons alimenter le monde tout en minimisant le gaspillage énergétique.
