Introduction à l'efficacité motrice

Comment améliorer l’efficacité motrice ?

Le rendement du moteur est affecté par de faibles pertes, notamment les pertes de résistance, les pertes mécaniques dues au frottement, les pertes dues à la dissipation de l'énergie magnétique dans le noyau et différentes pertes selon le type de matériau utilisé. Pour améliorer le rendement du moteur, il est nécessaire de réduire les pertes. Voici quelques méthodes ou astuces pour améliorer le rendement du moteur.

1. Le châssis du moteur assure la protection mécanique des bobinages. Il assure également l'interface entre les pattes. Il joue un rôle essentiel dans les performances thermiques du moteur, car il transfère la chaleur générée à l'intérieur du moteur vers sa surface, où l'air soufflé par le ventilateur favorise la dissipation thermique. Cela réduit les pertes thermiques.
2. Un autre conseil de base consiste à maintenir un espace minimal entre les parois situées à l'arrière du capot du ventilateur afin de permettre l'entrée d'air. Maintenez la zone autour du moteur propre et vérifiez régulièrement l'absence d'obstructions d'air susceptibles de réduire les performances du système de refroidissement. Ainsi, plus le moteur fonctionne à basse température, plus il durera longtemps.
3. Le stator est le composant principal du moteur et est responsable de 60 % des pertes. Pour réduire ces pertes, il est donc nécessaire de conserver une masse importante de l'enroulement du stator, car son augmentation réduit la résistance. Les moteurs à haut rendement contiennent 25 % de cuivre supplémentaire par rapport aux moteurs à rendement standard.
4. Les pertes du rotor sont également considérées comme une source mineure de pertes, principalement causées par le degré de glissement du moteur. Le glissement correspond en réalité à la différence entre la vitesse du champ magnétique (tr/min) et la vitesse réelle du rotor et de l'arbre sous une charge donnée. Le glissement est obtenu en soustrayant la vitesse du moteur en charge de celle du moteur à vide, puis en la divisant par la vitesse du moteur en charge. Par conséquent, pour réduire ces pertes, il est nécessaire de réduire le glissement, ce qui se fait en augmentant la conductivité du rotor. Le cuivre doit être utilisé en grande quantité en raison de sa conductivité élevée. Cependant, le cuivre doit être moulé sous pression, car un procédé de moulage sous pression du cuivre a été récemment développé.
5. Les pertes magnétiques du noyau proviennent de l'hystérésis, et 20 % des pertes totales sont dues aux courants de Foucault et à la saturation du noyau. L'utilisation de matériaux de haute qualité et un contrôle qualité rigoureux permettent de minimiser les pertes, améliorant ainsi le rendement.
6. Afin de réduire les effets d'hystérésis et de saturation, un acier contenant une faible quantité de silicium sera utilisé pour le laminage plutôt qu'un acier au carbone à faible coût. Cela permet d'éliminer les pertes dans le noyau. En réduisant l'épaisseur et en augmentant la longueur du laminage, la densité de flux et les pertes dans le noyau peuvent être minimisées.
7. Les pertes par courants de Foucault peuvent être minimisées dans une large mesure en assurant une isolation adéquate entre les feuilles ou les stratifiés utilisés.
8. L'intervalle de lubrification dépend de la vitesse nominale du moteur, de la taille des roulements, du type de graisse et de l'échauffement. Par conséquent, soyez prudent lors de l'utilisation des lubrifiants. Ne mélangez pas les types de graisse, même s'ils contiennent les mêmes composants. L'utilisation d'autres graisses affectera directement les performances du moteur.

Comment réduire les pertes motrices ?

Étant donné la répartition des pertes de lamoteurLes pertes varient selon la puissance et le nombre de pôles. Afin de réduire les pertes, il convient de prendre des mesures pour les principales composantes de pertes des différentes puissances et pôles. Voici quelques pistes pour réduire les pertes :

1. Augmenter les matériaux efficaces, réduire les pertes d'enroulement et les pertes de fer

Selon le principe de similarité des moteurs, lorsque la charge électromagnétique reste inchangée et que les pertes mécaniques ne sont pas prises en compte, les pertes du moteur sont approximativement proportionnelles au cube de sa taille linéaire, et la puissance d'entrée du moteur est approximativement proportionnelle à la quatrième puissance de cette taille. Ceci permet d'estimer la relation entre le rendement et l'utilisation efficace des matériaux. Afin d'obtenir un espace plus grand dans certaines conditions d'installation et d'utiliser des matériaux plus performants pour améliorer le rendement du moteur, le diamètre extérieur du poinçonnage du stator devient un facteur important. À gamme de machines égale, les moteurs américains ont un rendement supérieur à celui des moteurs européens. Afin de faciliter la dissipation thermique et de réduire l'échauffement, les moteurs américains utilisent généralement des poinçonnages de stator de diamètre extérieur plus grand, tandis que les moteurs européens utilisent généralement des poinçonnages de stator de diamètre extérieur plus petit, en raison de la nécessité de dérivés structurels tels que les moteurs antidéflagrants, et pour réduire la quantité de cuivre utilisée au niveau du bobinage et les coûts de production.

2. Utiliser de meilleurs matériaux magnétiques et des mesures de processus pour réduire les pertes de fer

Les propriétés magnétiques (perméabilité magnétique et pertes fer unitaires) du matériau du noyau influencent considérablement le rendement et les autres performances du moteur. Parallèlement, le coût du matériau du noyau représente la majeure partie du coût du moteur. Par conséquent, le choix de matériaux magnétiques adaptés est essentiel à la conception et à la fabrication de moteurs à haut rendement. Dans les moteurs de forte puissance, les pertes fer représentent une part importante des pertes totales ; réduire la valeur des pertes fer unitaires du matériau du noyau permet donc de réduire les pertes fer du moteur. En raison de la conception et de la fabrication du moteur, les pertes fer dépassent largement la valeur calculée selon la valeur des pertes fer unitaires fournie par l'aciérie ; cette valeur est donc généralement augmentée de 1,5 à 2 fois lors de la conception pour tenir compte de cette augmentation.

L'augmentation des pertes fer s'explique principalement par le fait que la valeur des pertes fer unitaires de l'aciérie est obtenue en testant l'échantillon de bande selon la méthode du cercle carré d'Epstein. Or, le matériau est soumis à de fortes contraintes après poinçonnage, cisaillement et laminage, ce qui augmente les pertes. De plus, l'entrefer dû à la présence de la rainure de dent génère un champ magnétique harmonique de dent, provoquant des pertes à vide à la surface du noyau, ce qui entraîne une augmentation significative des pertes fer après la fabrication du moteur. Par conséquent, outre le choix de matériaux magnétiques à faible perte fer unitaire, il est également nécessaire de contrôler la pression de laminage et de prendre les mesures de procédé nécessaires pour réduire les pertes fer. Compte tenu des facteurs de prix et de procédé, les tôles d'acier au silicium de haute qualité et les tôles d'acier au silicium d'une épaisseur inférieure à 0,5 mm sont peu utilisées dans la production de moteurs à haut rendement. On utilise généralement des tôles d'acier électrique sans silicium à faible teneur en carbone ou des tôles d'acier au silicium laminées à froid à faible teneur en silicium. Certains fabricants de petits moteurs européens utilisent des tôles d'acier électrique sans silicium présentant une valeur de perte fer unitaire de 6,5 W/kg. Ces dernières années, les aciéries ont lancé des tôles d'acier électrique Polycor420, présentant une perte unitaire moyenne de 4,0 W/kg, ce qui est encore plus faible que certaines tôles d'acier à faible teneur en silicium. Ce matériau présente également une perméabilité magnétique plus élevée.

Ces dernières années, le Japon a développé une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur en silicium de nuance 50RMA350. Une faible quantité d'aluminium et de terres rares a été ajoutée à sa composition, ce qui permet de maintenir une perméabilité magnétique élevée tout en réduisant les pertes. Sa valeur de perte de fer unitaire est de 3,12 W/kg. Tous ces éléments devraient constituer une meilleure base matérielle pour la production et la promotion de moteurs à haut rendement.

3. Réduisez la taille du ventilateur pour réduire les pertes de ventilation

Pour les moteurs bipolaires et quadripôles de grande puissance, le frottement dû au vent représente une part considérable. Par exemple, celui d'un moteur bipolaire de 90 kW peut atteindre environ 30 % des pertes totales. Ce frottement est principalement dû à la puissance consommée par le ventilateur. Les pertes thermiques des moteurs à haut rendement étant généralement faibles, le volume d'air de refroidissement peut être réduit, et donc la puissance de ventilation. Cette dernière est approximativement proportionnelle à la puissance 4 ou 5 du diamètre du ventilateur. Par conséquent, si l'augmentation de température est autorisée, la réduction de la taille du ventilateur peut réduire efficacement le frottement dû au vent. De plus, une conception judicieuse de la structure de ventilation est essentielle pour améliorer l'efficacité de la ventilation et réduire le frottement dû au vent. Des essais ont montré que le frottement dû au vent de la partie bipolaire haute puissance d'un moteur à haut rendement peut être réduit d'environ 30 % par rapport à celui d'un moteur classique. Étant donné que la perte de ventilation est considérablement réduite et ne nécessite pas de coûts supplémentaires importants, la modification de la conception du ventilateur est souvent l'une des principales mesures prises pour cette partie des moteurs à haut rendement.

4. Réduire les pertes parasites grâce à des mesures de conception et de processus

Les pertes parasites des moteurs asynchrones sont principalement des pertes haute fréquence générées par les harmoniques d'ordre élevé du champ magnétique dans les noyaux et les enroulements du stator et du rotor. Pour réduire les pertes parasites de charge, l'amplitude de chaque harmonique de phase peut être réduite en utilisant un enroulement sinusoïdal Y-Δ connecté en série ou un autre enroulement à faible harmonique, ce qui réduit les pertes parasites. Les expériences montrent que l'utilisation d'un enroulement sinusoïdal peut réduire les pertes parasites de plus de 30 % en moyenne.

5. Améliorer le processus de moulage sous pression pour réduire les pertes du rotor

En contrôlant la pression, la température et le trajet d'évacuation des gaz lors de la coulée de l'aluminium du rotor, la teneur en gaz des barres du rotor peut être réduite, ce qui améliore la conductivité et réduit les pertes d'aluminium du rotor. Ces dernières années, les États-Unis ont développé avec succès des équipements de moulage sous pression pour rotors en cuivre et les procédés correspondants, et mènent actuellement des essais de production à petite échelle. Les calculs montrent que le remplacement d'un rotor en aluminium par un rotor en cuivre permet de réduire les pertes d'environ 38 %.

6. Appliquer la conception d'optimisation informatique pour réduire les pertes et améliorer l'efficacité

Outre l'augmentation des matériaux, l'amélioration de leurs propriétés et l'optimisation des procédés, la conception optimisée par ordinateur permet de déterminer rationnellement divers paramètres sous des contraintes de coût et de performance, optimisant ainsi le rendement. L'utilisation d'une conception optimisée permet de réduire considérablement le temps de conception des moteurs et d'en améliorer la qualité.