By
Moteurs synchrones à aimants permanents trouvent une large application dans les industries en raison de leur rendement élevé, de leur densité de puissance et de leur contrôle précis. Ce blog explique la construction et le principe de fonctionnement du moteur PMSM, ses avantages et applications.
Les moteurs PMSM, comme les autres moteurs électriques, se composent de deux composants principaux :
Stator : L'extérieur est stationnaire et porte des enroulements triphasés qui établissent le champ magnétique du rotor. Ceux-ci sont souvent disposés de manière sinusoïdale pour obtenir une densité de flux régulière et sinusoïdale. Les enroulements du stator du PMSM sont conçus pour permettre une bonne dissipation de la chaleur.
Rotor: Le rotor intérieur est équipé d'aimants permanents qui sont généralement fabriqués à partir de terres rares comme le néodyme-fer-bore (NdFeB) en raison de leur force magnétique élevée. Les aimants sont collés sur le rotor aux points où ils interagiront avec un champ magnétique rotatif créé par le stator.
Les moteurs PMSM peuvent être classés en fonction de la disposition des aimants à l'intérieur du rotor :
PM monté en surface (SPM) : Les aimants sont montés sur la surface du rotor. Cette construction présente l'avantage d'une complexité moindre et, par conséquent, d'une densité de flux d'entrefer plus élevée, produisant un couple plus élevé. Cependant, à des vitesses élevées, les moteurs SPM nécessitent des manchons structurels supplémentaires pour retenir les aimants. Un moteur SPM nécessite un manchon en matériau à haute résistance à l'extérieur du PM pour la protection.
Intérieur PM : Les aimants sont enfouis à l'intérieur du noyau du rotor. Dans une telle configuration, une meilleure stabilité mécanique, des vitesses de fonctionnement plus élevées et un couple d'entrefer plus élevé peuvent être obtenus. La localisation des aimants à l'intérieur du rotor crée de multiples barrières de flux qui augmentent la saillance et permettent un couple de surcharge plus important dans une large plage de vitesses. La raison pour laquelle les moteurs IPM sont très souvent privilégiés dans les applications à grande vitesse est due à leur construction de rotor robuste et à la possibilité de supporter des forces centrifuges plus élevées. Dans le cas d'un moteur IPM, les aimants permanents sont enfouis à l'intérieur du noyau du rotor.
Le principe de fonctionnement des moteurs PMSM est l'interaction des champs magnétiques :
1. Champ magnétique rotatif : Le courant alternatif triphasé dans les enroulements du stator développe un champ magnétique rotatif dans l'entrefer entre le stator et le rotor.
2. Attraction et répulsion magnétiques :Les aimants permanents montés sur le rotor exercent un champ magnétique constant. Celui-ci interagit avec le champ magnétique rotatif du stator, produisant des forces d'attraction et de répulsion.
3.Rotation synchrone : Le champ magnétique du rotor s'aligne par attraction et répulsion magnétiques dues à la rotation du champ magnétique au niveau du stator. Cet alignement constant entraîne la rotation du rotor en tandem avec la rotation créée dans le champ magnétique par le stator. La vitesse de rotation est directement liée à la fréquence de l'alimentation en courant alternatif et au nombre de pôles du moteur.
Certaines des méthodes de contrôle avancées largement utilisées dans les moteurs PMSM pour les applications qui nécessitent un contrôle précis de la vitesse et du couple sont les suivantes :
Contrôle orienté champ (FOC):Il s'agit d'une technique très répandue qui permet d'obtenir des performances dynamiques exceptionnelles, tout en assurant un contrôle très précis de la vitesse et du couple du moteur. Le principe fonctionne en transformant les courants statoriques triphasés en deux composantes orthogonales : l'une responsable du flux magnétique et l'autre du couple. Le FOC permet un contrôle indépendant de ces composantes, assurant ainsi un contrôle complet du fonctionnement du moteur.
Contrôle trapézoïdal : Parfois appelé commutation en six étapes, le contrôle trapézoïdal utilise un type de contrôle plus simple. Il repose sur des impulsions de tension à onde carrée qui sont appliquées aux enroulements du stator. Bien qu'il ne soit pas aussi sophistiqué, il est suffisant dans les applications où le besoin de haute précision est moindre. Le contrôle trapézoïdal est utilisé dans les moteurs BLDC.
Le principe de fonctionnement du moteur pmsm présente certains avantages :
Haute efficacité: Les moteurs PMSM ont de faibles pertes de rotor et une efficacité accrue. L'absence d'enroulements de rotor dans les moteurs PMSM élimine les pertes de cuivre du rotor, ce qui les rend beaucoup plus efficaces que les moteurs à induction. Ils ont également une perte de rotor négligeable, ce qui signifie qu'il n'y a pas de perte de chaleur.
Densité de puissance élevée : Les puissants aimants permanents des moteurs PMSM leur confèrent un couple de sortie élevé avec des dimensions compactes et garantissent également un rapport puissance/poids élevé. Le fait que les moteurs PMSM soient plus denses en puissance les rend favorables à la densité de puissance dans les applications à petite échelle.
Contrôle précis:Des techniques de contrôle avancées, telles que la technologie FOC, sont disponibles pour fournir une haute précision pour le contrôle de la vitesse et du couple. Les PMSM trouvent des applications dans des applications nécessitant une grande précision et une réponse dynamique telles que les applications d'asservissement industrielles.
Large plage de vitesse : Les moteurs PMSM peuvent fonctionner sur une large plage de vitesses.
Faible bruit et vibrations : La forme d'onde sinusoïdale de la force contre-électromotrice et les techniques de contrôle de précision permettent un fonctionnement fluide et silencieux. Les moteurs PMSM sont moins bruyants que les moteurs à courant continu sans balais.
Grande fiabilité: Sans balais, commutateurs et autres dispositifs de ce type, l’usure du moteur est minimisée, augmentant ainsi sa durée de vie et sa fiabilité.
Les moteurs PMSM sont largement appréciés pour leurs caractéristiques uniques, permettant leur application dans divers domaines. Dans les véhicules électriques (VE), les moteurs PMSM sont privilégiés pour leur rendement élevé, leur densité de puissance et leur large plage de vitesses. Dans l'automatisation industrielle, ils excellent dans la robotique, les machines-outils et les systèmes d'asservissement en raison de leur contrôle de précision et de leur réponse dynamique. Les systèmes d'énergie renouvelable, tels que les éoliennes et les centrales électriques, bénéficient de la capacité des moteurs PMSM à produire efficacement de l'électricité. L'industrie aérospatiale exploite leur densité de puissance élevée et leur construction légère, tandis que les systèmes CVC les utilisent dans les ventilateurs, les pompes et les compresseurs pour leur efficacité et leur fonctionnement silencieux.
Les PMSM sont également utilisés dans l'électronique grand public pour des applications similaires, notamment les ventilateurs et les pompes. Ils trouvent également une utilisation dans les moteurs synchrones à grande vitesse, les convoyeurs à bande, les broyeurs à boulets, les stations d'épuration des eaux usées, champs pétrolifères, équipements textiles, compresseurs d'air, fabrication de câbles et extrudeuses de plastique, démontrant leur polyvalence et leur caractère indispensable dans diverses industries.
ENNENG est l'un des principaux fournisseurs de moteurs à aimant permanent en Chine. ENNENG est également l'une des « cent entreprises innovantes » de Qingdao en 2018 et membre de l'Association de l'industrie automobile de Qingdao. Les moteurs conçus par ENNENG sont très efficaces, très fiables et dotés de fonctionnalités innovantes. Ils proposent une large gamme de PMSM adaptés à différents secteurs et applications. Ces applications comprennent :
Industriel PMSM : Les moteurs PMSM d'ENNENG sont utilisés dans l'entraînement mécanique des équipements des centrales électriques, de la métallurgie, des usines chimiques, des installations de traitement des eaux, des mines de charbon, des usines textiles et dans la fabrication du caoutchouc, des produits pétroliers, des médicaments, du papier, des tours de refroidissement et des industries alimentaires. Ces moteurs ont aidé les entreprises à réduire leurs émissions, à économiser de l'énergie et à réduire le bruit.
PMSM pour Mines : Les moteurs ENNENG sont utilisés dans les mines d'or et de charbon.
PMSM pour Pétrole et gaz: Les moteurs de la société sont utilisés dans les champs pétrolifères et les puits de pétrole.
PMSM pour Traitement de l'eau: Les PMSM ENNENG sont utilisés dans les usines de traitement des eaux.
PMSM pour Fabrication de pneus : Les moteurs ENNENG sont utilisés dans les usines de pneumatiques et dans la production de caoutchouc. Ils peuvent être considérés comme l'une des meilleures options pour économiser l'énergie et améliorer l'efficacité des fabricants de pneumatiques. L'entreprise propose également des systèmes de surveillance et de gestion intelligents pour soutenir les mises à niveau intelligentes des usines.
PMSM pour Textile: Les PMSM d'ENNENG sont appliqués dans l'industrie textile, aussi bien sur les machines à double torsion que sur les métiers à filer.
PMSM pour Pompes et compresseurs : ENNENG fournit des moteurs PMSM pour pompes centrifuges, compresseurs d'air et autres systèmes de pompage. Leurs moteurs pour compresseurs d'air sont fabriqués à partir de matériaux à aimant permanent à base de terres rares avec des démarrages progressifs et jusqu'à 50 % d'économies d'énergie. Ces moteurs garantissent également une durée de vie plus longue du compresseur.
PMSM pour Convoyeurs à courroie: Les faibles vitesses avec une puissance élevée pour les convoyeurs à bande dans les ports et les mines peuvent utiliser les PMSM fabriqués par ENNENG.
PMSM pour Extrudeuses de plastique : ENNENG produit des moteurs synchrones à aimants permanents pour les extrudeuses de plastique.
PMSM pour Autres industries: Les produits ENNENG s'appliquent également dans des industries telles que la métallurgie, la chimie, la médecine et l'industrie du papier.
La qualité, la performance et la satisfaction du client sont des points essentiels dans la conception et la construction des PMSM d'ENNENG. Grâce à sa présence mondiale et à son engagement envers le service client, c'est un partenaire fiable pour les entreprises qui visent à accroître l'efficacité et la durabilité grâce à la technologie PMSM haute performance.
