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Technologie des moteurs à haut rendement et économe en énergie et son importance pour le développement de l'industrie

2024-02-20 11:50:29

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Du point de vue des économies d'énergie et de la protection de l'environnement, les moteurs à haut rendement et économes en énergie constituent la tendance actuelle du développement international. Les États-Unis, le Canada et l'Europe ont successivement promulgué des réglementations pertinentes. La norme CEMEP formulée par l'Europe divise l'efficacité en trois niveaux : eff1 (le plus élevé), eff2 et eff3 (le plus bas) en fonction de la durée de fonctionnement du moteur, qui seront mis en œuvre étape par étape de 2003 à 2006. La dernière norme IEC60034-30 La norme divise l'efficacité du moteur en quatre niveaux : IE1 (correspondant à eff2), IE2 (correspondant à eff1), IE3 et IE4 (le plus élevé). Notre pays promet de mettre en œuvre les normes IE2 et supérieures à partir du 1er juillet 2011.

À l'heure actuelle, la consommation d'énergie industrielle de la Chine représente environ 70 % de la consommation totale d'énergie, dont la consommation d'énergie des moteurs représente environ 60 à 70 % de la consommation d'énergie industrielle. En ajoutant la consommation d'énergie du moteur non industriel, la consommation d'énergie réelle du moteur représente environ 50 % de la consommation d'énergie totale. Cependant, la proportion d'applications de moteurs à haut rendement et économes en énergie est actuellement faible. Selon une enquête par sondage menée par le Centre national de surveillance et d'inspection de la qualité des moteurs de petite et moyenne taille auprès de 198 moteurs provenant d'entreprises clés du pays, seuls 8 % d'entre eux sont des moteurs à haut rendement et à économie d'énergie qui ont atteint le niveau 2 ou supérieur, ce qui a provoqué un énorme gaspillage de ressources pour l’ensemble de la société.

Certaines organisations ont calculé que si l'efficacité de tous les moteurs électriques était augmentée de 5 %, 76.5 milliards de kilowattheures d'électricité pourraient être économisés tout au long de l'année. Ce chiffre est proche de la production annuelle d'électricité des Trois Gorges en 2008. Par conséquent, l'industrie automobile économe en énergie dispose d'un vaste espace de développement et d'une forte demande. En termes de politique, la National Standardization Administration a publié la norme obligatoire « GB18613-2012 Valeurs limites d'efficacité énergétique et niveaux d'efficacité énergétique des moteurs asynchrones triphasés de petite et moyenne taille » en 2012.

Moteurs très efficaces pour des applications pratiques.

Mesures d'économie d'énergie pour les moteurs à haut rendement

L'économie d'énergie du moteur est un projet systématique qui implique tout le cycle de vie du moteur, depuis la conception et la fabrication du moteur jusqu'à la sélection, l'exploitation, le réglage, la maintenance et la mise au rebut du moteur. L'effet des mesures d'économie d'énergie doit être pris en compte tout au long du cycle de vie du moteur. Domestique En externe, nous envisageons principalement d’améliorer l’efficacité sous les aspects suivants.

La conception de moteurs économes en énergie fait référence à l'utilisation de méthodes de conception modernes telles qu'une technologie de conception optimisée, une nouvelle technologie de matériaux, une technologie de contrôle, une technologie d'intégration et une technologie de test et de détection pour réduire la perte de puissance du moteur, améliorer l'efficacité du moteur et concevoir un moteur efficace.

Si le moteur convertit l’énergie électrique en énergie mécanique, il perd également une partie de son énergie. Les pertes typiques des moteurs à courant alternatif peuvent généralement être divisées en trois parties : perte fixe, perte variable et perte parasite. Les pertes variables varient en fonction de la charge et incluent les pertes de résistance du stator (pertes de cuivre), les pertes de résistance du rotor et les pertes de résistance des balais ; les pertes fixes n'ont rien à voir avec la charge et incluent les pertes dans le noyau de fer et les pertes mécaniques. La perte de fer est composée d'une perte par hystérésis et d'une perte par courants de Foucault, qui est proportionnelle au carré de la tension, et la perte par hystérésis est également inversement proportionnelle à la fréquence ; les autres pertes parasites sont les pertes mécaniques et autres pertes, y compris les pertes par friction des roulements, des ventilateurs et des rotors. etc. Pertes de dérive dues à la rotation.

 

Caractéristiques des moteurs à haut rendement

Économisez de l'énergie et réduisez les coûts d'exploitation à long terme. Il convient parfaitement aux textiles, aux ventilateurs, aux pompes à eau et aux compresseurs. Le coût d'achat du moteur peut être récupéré en économisant de l'électricité en un an ;

Démarrez directement ou utilisez un convertisseur de fréquence pour ajuster la vitesse, et le moteur asynchrone peut être entièrement remplacé ;

Le moteur à économie d'énergie à haut rendement et à aimant permanent aux terres rares lui-même peut économiser plus de 15 ℅ d'énergie électrique par rapport aux moteurs ordinaires ;

Le facteur de puissance du moteur est proche de 1, ce qui améliore le facteur de qualité du réseau électrique sans ajouter de compensateur de facteur de puissance ;

Le courant du moteur est faible, ce qui permet d'économiser la capacité de transmission et de distribution d'énergie et de prolonger la durée de vie globale du système ;

Budget d'économie d'énergie : en prenant comme exemple un moteur de 55 kilowatts, un moteur à haut rendement permet d'économiser 15 % d'énergie en plus qu'un moteur ordinaire. Le coût de l'électricité est calculé à 0.5 yuan par kilowattheure. Le coût de remplacement du moteur peut être récupéré en économisant de l'électricité dans l'année suivant l'utilisation d'un moteur économe en énergie.

 

Avantages des moteurs à haut rendement

Démarrage direct, remplacement complet du moteur asynchrone.

Le moteur à économie d'énergie à haut rendement et à aimant permanent aux terres rares lui-même peut économiser plus de 3 % d'énergie électrique par rapport aux moteurs ordinaires.

Le facteur de puissance du moteur est généralement supérieur à 0.90, ce qui améliore le facteur de qualité du réseau électrique sans ajouter de compensateur de facteur de puissance.

Le courant du moteur est faible, ce qui permet d'économiser la capacité de transmission et de distribution d'énergie et de prolonger la durée de vie globale du système.

L'ajout d'un pilote peut réaliser un démarrage en douceur, un arrêt en douceur et une régulation de vitesse en continu, améliorant encore l'effet d'économie d'énergie.

Partie détaillée d'un moteur haute performance.

Cinq pertes majeures pour les moteurs

Pertes statoriques

Le principal moyen de réduire la perte I^2R du stator du moteur. Les méthodes les plus couramment utilisées dans la pratique sont :

Augmentez la section transversale de l'emplacement du stator. Sous le même diamètre extérieur du stator, l'augmentation de la section transversale de l'encoche du stator réduira la surface du circuit magnétique et augmentera la densité magnétique des dents ;

Augmentez le débit complet de l'emplacement du stator, ce qui est plus efficace pour les petits moteurs basse tension. L'application de dimensions optimales d'enroulement et d'isolation ainsi que d'une grande section transversale de conducteur peut augmenter le débit complet de l'encoche du stator ;

Réduisez la longueur de l’extrémité de l’enroulement du stator. La perte à l’extrémité de l’enroulement du stator représente entre 1/4 et 1/2 de la perte totale de l’enroulement. La réduction de la longueur de l'extrémité du bobinage peut améliorer l'efficacité du moteur. Les expériences montrent que la longueur finale est réduite de 20 % et la perte de 10 %.

Pertes de rotor

La perte I^2R du rotor du moteur est principalement liée au courant du rotor et à la résistance du rotor. Les méthodes d'économie d'énergie correspondantes comprennent principalement :

Réduire le courant du rotor, ce qui peut être envisagé sous deux aspects : augmenter les facteurs de tension et de puissance du moteur ;

Augmentez la section transversale de la fente du rotor ;

Réduisez la résistance de l'enroulement du rotor, par exemple en utilisant des fils épais et des matériaux à faible résistance. Ceci est plus significatif pour les petits moteurs, car les petits moteurs ont généralement des rotors en fonte d'aluminium. Si un rotor en cuivre coulé est utilisé, la perte totale du moteur peut être réduite de 10 à 15 %, mais les rotors en cuivre coulé d'aujourd'hui nécessitent des températures de fabrication élevées. La technologie n'a pas encore été popularisée et ses coûts sont de 15 à 20 % supérieurs à ceux des rotors en fonte d'aluminium.

Perte de fer

Les mesures suivantes peuvent réduire les pertes de fer du moteur :

Réduisez la densité magnétique et augmentez la longueur du noyau de fer pour réduire la densité du flux magnétique, mais la quantité de fer utilisée dans le moteur augmentera ;

Réduisez l'épaisseur des copeaux de fer pour réduire la perte de courant induit. Par exemple, l'utilisation de tôles d'acier au silicium laminées à froid au lieu de tôles d'acier au silicium laminées à chaud peut réduire l'épaisseur des tôles d'acier au silicium, mais de fins copeaux de fer augmenteront le nombre de copeaux de fer et le coût de fabrication du moteur ;

Utilisez des tôles d'acier au silicium laminées à froid avec une bonne perméabilité magnétique pour réduire la perte d'hystérésis ;

Utilisez un revêtement isolant en copeaux de fer haute performance ;

Traitement thermique et technologie de fabrication. La contrainte résiduelle après le traitement de la tôle affectera sérieusement la perte du moteur. Lors du traitement de tôles d'acier au silicium, la direction de coupe et la contrainte de cisaillement de poinçonnage ont un impact plus important sur la perte du noyau de fer. Couper dans le sens de laminage des tôles d'acier au silicium et effectuer un traitement thermique sur les tôles perforées en acier au silicium peut réduire la perte de 10 % à 20 %.

Pertes perdues

La compréhension actuelle des pertes parasites du moteur en est encore au stade de la recherche. Certaines des principales méthodes permettant de réduire les pertes parasites sont :

Utiliser un traitement thermique et une finition pour réduire les courts-circuits sur la surface du rotor ;

Traitement d'isolation sur la surface intérieure de la fente du rotor ;

Réduisez les harmoniques en améliorant la conception des enroulements du stator ;

Améliorez la conception et la coopération des fentes du rotor pour réduire les harmoniques, augmentez les fentes des dents du stator et du rotor, concevez la forme de la fente du rotor en fentes inclinées et utilisez des enroulements sinusoïdaux connectés en série, des enroulements dispersés et des enroulements à courte distance pour réduire considérablement les harmoniques d'ordre élevé. ; Utiliser de la boue à fentes magnétiques ou des cales à fentes magnétiques pour remplacer les cales à fentes isolantes traditionnelles et remplir les fentes du noyau du stator du moteur avec de la boue à fentes magnétiques est une méthode efficace pour réduire les pertes parasites supplémentaires.

Perte de friction du vent

Il mérite toute l'attention des gens, il représente environ 25 % de la perte totale du moteur. Les pertes par frottement sont principalement causées par les roulements et les joints, que les mesures suivantes peuvent réduire :

Réduisez au maximum la taille de l'arbre, mais il doit répondre aux exigences de couple de sortie et de dynamique du rotor ;

Utilisez des roulements à haut rendement ;

Utiliser des systèmes de lubrification et des lubrifiants efficaces ;

Adoptez une technologie d’étanchéité avancée.

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