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Calcul comparatif d'économie d'énergie d'un moteur à aimant permanent à haut rendement et d'un moteur asynchrone

2022-08-30 13:05:59

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01 Efficacité et facteur de puissance

Lorsque le moteur asynchrone fonctionne, l'enroulement du rotor doit absorber une partie de l'énergie électrique du réseau pour l'excitation, ce qui consomme l'énergie du réseau. Cette partie de l'énergie électrique est finalement consommée par le courant dans l'enroulement du rotor pour générer de la chaleur, et la perte représente environ 20 à 30 % de la perte totale du moteur, ce qui réduit l'efficacité du moteur. Le courant d'excitation du rotor est converti en courant inductif après l'enroulement du stator, de sorte que le courant entrant dans l'enroulement du stator est en retard d'un angle par rapport à la tension du réseau, ce qui entraîne une réduction du facteur de puissance du moteur.

De plus, à partir des courbes de rendement et de facteur de puissance du moteur synchrone à aimant permanent et du moteur asynchrone (Figure 1), on peut voir que lorsque le taux de charge (=P2/Pn) du moteur asynchrone est inférieur à 50 %, son l'efficacité de fonctionnement et le facteur de puissance de fonctionnement sont considérablement réduits, il est donc généralement nécessaire de fonctionner dans la zone économique, c'est-à-dire que le taux de charge est compris entre 75 % et 100 %.

Après le moteur synchrone à aimant permanent est intégré avec un aimant permanent sur le rotor, l'aimant permanent est utilisé pour établir le champ magnétique du rotor. En fonctionnement normal, le champ magnétique du rotor et du stator fonctionnent de manière synchrone. Il n’y a pas de courant induit dans le rotor et il n’y a pas de perte de résistance du rotor. Seul celui-ci 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, ce qui rend le facteur de puissance du moteur infiniment proche de 1. D'après les courbes de rendement et de facteur de puissance du moteur synchrone à aimant permanent et le moteur asynchrone (Figure 1), on peut voir que lorsque le taux de charge du moteur synchrone à aimant permanent est > 20 %, l'efficacité de fonctionnement et le facteur de puissance de fonctionnement du moteur synchrone à aimant permanent ne changent pas beaucoup, et l'efficacité de fonctionnement est >80 %.

Figure 1 : Efficacité et facteur de puissance par rapport aux courbes de taux de charge

02 Élévation de la température de travail

Lorsque le moteur asynchrone fonctionne, du courant circule dans l'enroulement du rotor et ce courant est entièrement consommé sous forme d'énergie thermique, donc beaucoup de chaleur sera 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 moins ou presque pas de courant réactif dans l'enroulement du stator, de sorte que l'échauffement du moteur est faible et que le courant réactif est extrêmement faible. l'augmentation de la température assure également la durée de vie de l'aimant permanent et prolonge la durée de vie du moteur. L'application complète des machines de traction d'ascenseurs prouve également ce point.

03 Impact sur l'exploitation du réseau

En raison du faible facteur de puissance du moteur asynchrone, le moteur doit absorber 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 réduit le facteur de qualité du réseau électrique et augmente le réseau électrique et le transport. La charge des équipements de production d'électricité des équipements de sous-station et le courant réactif consomment une partie de l'énergie électrique du réseau électrique, des équipements de transmission et de transformation d'énergie et des équipements de production d'électricité, ce qui entraîne une efficacité moindre du réseau électrique et affecte l'utilisation efficace de l'énergie électrique. Également en raison du faible rendement du moteur asynchrone, pour répondre aux exigences de puissance de sortie, il est nécessaire d'absorber davantage de puissance du réseau, ce qui augmente encore la perte d'énergie du réseau et aggrave la charge du réseau.

Il n'y a pas d'excitation de courant induit dans le rotor du moteur à aimant permanent, le facteur de puissance du moteur est élevé, le facteur de qualité du réseau électrique est amélioré et il n'est plus nécessaire d'installer le compensateur dans le réseau électrique. Dans le même temps, grâce au rendement élevé du moteur à aimant permanent, de l'électricité est également économisée.

04 Calcul des économies d'énergie

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

Dans la formule : 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 %. Lorsque le rendement atteint 94.7 % après le passage à un moteur à aimant permanent à haut rendement, une unité peut économiser de l'électricité chaque année : 4.09 × 103 kW.h

Remarque: Le calcul ci-dessus est effectué dans les conditions de fonctionnement nominales. Si le taux de charge change et les conditions de fonctionnement avec une large plage de vitesse de rotation, l'effet d'économie d'énergie est bien supérieur au point nominal.

05 Résumé

Par rapport aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent des avantages évidents. Il présente un rendement élevé, un facteur de puissance élevé, de bons indicateurs de performance, une petite taille, un poids léger, une faible élévation de température, un effet d'économie d'énergie significatif et un meilleur facteur de qualité du réseau électrique, permettant ainsi d'exploiter pleinement la capacité du réseau électrique existant, économisant ainsi l'investissement du réseau électrique, il résout grandement le phénomène du « moteur de haute puissance pour traîner des charges légères » dans les équipements électriques.

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