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Moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) et les moteurs à réluctance synchrone ont leur importance dans le domaine des technologies motrices contemporaines. Bien que ces moteurs relèvent structurellement de la catégorie des moteurs synchrones moteurs famille, il existe une différence considérable dans les principes de conception et de fonctionnement, ainsi que dans les domaines où ils sont appliqués.
Conception de la structure et sélection des matériaux
Moteur synchrone à aimant permanent :
Dans la plupart des PMSM, le rotor est constitué d'un matériau magnétique permanent à base de terres rares de haute performance, tel que le néodyme-fer-bore (NdFeB) ou le samarium-cobalt (SmCo), qui fournit un champ magnétique puissant sans aucune puissance d'excitation externe. Le stator comprend un noyau de fer et des enroulements dans lesquels passe un courant alternatif triphasé pour créer un champ magnétique rotatif. Normalement, la structure du rotor d'un PMSM est simple, petite et légère.
Moteur à réluctance synchrone :
La plupart des SynRM adoptent une configuration de rotor unique, qui est normalement de type non empilé, une façon courante de réduire les pertes par courant de Foucault à l'intérieur. Il n'y a pas d'aimants permanents sur le rotor ; le couple est plutôt développé en utilisant les caractéristiques de réluctance élevée des tôles d'acier au silicium. La structure du stator sera alors essentiellement identique à celle du PMSM : noyau et enroulements en fer. La structure du rotor du SynRM est relativement compliquée, bien que moins coûteuse que la fabrication du rotor.
Principe de fonctionnement et mécanisme de fonctionnement
Moteur synchrone à aimant permanent :
Le principe de fonctionnement du PMSM repose essentiellement sur une interaction des champs magnétiques. Selon ce principe, lorsque les enroulements du stator sont excités, le champ magnétique rotatif développé interagit avec le champ magnétique des aimants permanents montés sur le rotor, le forçant ainsi à suivre la rotation exercée par le champ magnétique rotatif. Dans le PMSM, une régulation appropriée de la vitesse de rotation et du couple est possible grâce à un contrôle approprié de la fréquence, de la phase et de l'amplitude du courant du stator.
Moteur à réluctance synchrone :
Moteur à réluctance synchrone vs moteur à aimant permanent. Dans un moteur à réluctance synchrone, l'excitation des enroulements du stator crée un champ magnétique rotatif qui provoque un changement de réluctance dans le rotor. Il ajuste automatiquement sa position pour minimiser la réluctance et réalise ainsi une rotation synchrone avec le champ magnétique rotatif. Le moteur à réluctance synchrone dépend de la variation de réluctance dans le rotor pour la production de couple et, par conséquent, la plupart des caractéristiques de couple du moteur à réluctance synchrone sont différentes de celles du moteur à aimant permanent.
Caractéristiques de performance et analyse des avantages et des inconvénients
Efficacité et consommation d'énergie
Les aimants permanents utilisés comme source de champ magnétique sont responsables du rendement élevé et de la faible consommation d'énergie des PMSM. Pour des vitesses plus élevées, dans des conditions de charge nominale, les PMSM offriront normalement un meilleur rendement. SynRM nécessite une alimentation en courant supplémentaire pour produire des champs magnétiques et est donc un peu moins efficace que PMSM. Il peut en être autrement dans des conditions de charge partielle car SynRM peut optimiser les performances en fonction du réglage du niveau de courant.
Performance de régulation et réponse dynamique
Les moteurs à aimants permanents (PMSM) se distinguent par une fréquence, une phase et une amplitude de courant statoriques précises, un rendement élevé, une large plage de vitesses et de bonnes performances de contrôle de la vitesse. D'autre part, ils sont dynamiquement réactifs, de sorte que tout changement de charge est immédiatement pris en compte par le moteur, ce qui peut ne pas être entendu. Bien que le SynRM souffre de quelques inconvénients tels qu'une vitesse et une réponse dynamique relativement faibles par rapport au PMSM, la stratégie de contrôle requise est considérablement réduite, de sorte que la conception du système de contrôle est relativement simple.
Performance thermique et fiabilité
Performances thermiques et fiabilité Le matériau d'aimant permanent du PMSM est fabriqué à partir d'un matériau d'aimant permanent à base de terres rares dont les performances de résistance à haute température sont relativement bonnes. Son danger est le risque de démagnétisation douce de l'aimant permanent dans un environnement à haute température. De plus, il s'agit d'une structure de rotor simple ; sa structure rend le PMSM plus fiable. Bien que le SynRM ait une structure de rotor plus complexe, une bonne stabilité thermique est toujours démontrée, avec de faibles augmentations de température afin qu'il puisse maintenir de bonnes performances à haute température. De plus, le coût du matériau de son rotor est inférieur, ce qui rend le SynRM relativement bon marché à produire.
Domaines d'application
Les principales raisons pour lesquelles les PMSM sont largement utilisés dans les applications haut de gamme des véhicules électriques, de la production d'énergie éolienne et des machines-outils sont leur rendement élevé, leurs performances de régulation à grande vitesse et leur réponse dynamique rapide. Le SynRM est utilisé dans les domaines sensibles aux coûts tels que les appareils électroménagers et les équipements industriels. Grâce à sa stabilité thermique élevée et à sa faible élévation de température, le SynRM peut maintenir de bonnes performances à des températures élevées. Pour cette raison, le SynRM est utilisé dans certains domaines spéciaux comme l'aérospatiale, le forage pétrolier et d'autres départements.
Pour aller plus loin
Les moteurs à réluctance synchrone et les PMSM sont très différents en termes de conception structurelle, de principes de fonctionnement, de performances et de domaines d'application. Les moteurs synchrones à aimant permanent présentent un rendement plus élevé, des performances de régulation à grande vitesse et une réponse dynamique rapide ; ils peuvent donc contrôler le marché haut de gamme. Les applications dans les domaines sensibles aux coûts seront toutefois dominées par les moteurs à réluctance synchrone en raison de leurs prix bas, de leur stabilité thermique élevée et de leur structure simple. De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour la sélection d'un type de moteur, en tenant compte des exigences et des scénarios d'application spécifiques, afin de choisir le type de moteur le plus approprié. À l'avenir, avec l'amélioration continue de la technologie et l'expansion des domaines d'application, les deux types de moteurs seront plus importants dans leurs domaines respectifs.
