Comparés aux moteurs à excitation électrique traditionnels, les moteurs à aimants permanents, en particulier les moteurs à aimants permanents aux terres rares, ont une structure simple et un fonctionnement fiable.Petit volume et poids léger ;Faible perte et rendement élevé ;La forme et la taille du moteur peuvent être flexibles et diverses.Le champ d'application est donc extrêmement large, presque partout dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense nationale, de la production industrielle et agricole et de la vie quotidienne.Les principales caractéristiques et applications de plusieurs moteurs à aimants permanents typiques sont présentées ci-dessous.
1. Par rapport aux générateurs traditionnels, les générateurs synchrones à aimant permanent aux terres rares n'ont pas besoin de bagues collectrices ni de dispositifs à brosses, avec une structure simple et un taux de défaillance réduit.L'aimant permanent aux terres rares peut également augmenter la densité magnétique de l'entrefer, augmenter la vitesse du moteur jusqu'à la valeur optimale et améliorer le rapport puissance/masse.Les générateurs à aimants permanents aux terres rares sont presque tous utilisés dans les générateurs aéronautiques et aérospatiaux contemporains.Ses produits typiques sont des générateurs synchrones à aimant permanent au cobalt et aux terres rares de 150 kVA à 14 pôles, de 12 000 tr/min à 21 000 tr/min, et de 100 kVA, à 60 000 tr/min, fabriqués par General Electric Company of America.Le premier moteur à aimant permanent aux terres rares développé en Chine est un générateur à aimant permanent de 3 kW à 20 000 tr/min.
Les générateurs à aimants permanents sont également utilisés comme excitateurs auxiliaires pour les grands turbogénérateurs.Dans les années 1980, la Chine a développé avec succès la plus grande excitatrice auxiliaire à aimant permanent aux terres rares au monde, d'une capacité de 40 kVA ~ 160 kVA, et équipée de turbogénérateurs de 200 MW ~ 600 MW, ce qui a considérablement amélioré la fiabilité du fonctionnement de la centrale électrique.
À l'heure actuelle, les petits générateurs entraînés par des moteurs à combustion interne, les générateurs à aimant permanent pour véhicules et les petits générateurs éoliens à aimant permanent directement entraînés par des éoliennes sont progressivement popularisés.
2. Moteur synchrone à aimant permanent à haut rendement Par rapport au moteur à induction, le moteur synchrone à aimant permanent n'a pas besoin de courant d'excitation réactif, ce qui peut améliorer considérablement le facteur de puissance (jusqu'à 1 ou même capacitif), réduire le courant du stator et la perte de résistance du stator, et il n'y a aucune perte de cuivre du rotor pendant un fonctionnement stable, réduisant ainsi le ventilateur (un moteur de petite capacité peut même retirer le ventilateur) et la perte de friction du vent correspondante.Par rapport au moteur à induction de même spécification, l'efficacité peut être augmentée de 2 à 8 points de pourcentage.De plus, le moteur synchrone à aimant permanent peut maintenir un rendement et un facteur de puissance élevés dans la plage de charge nominale de 25 % à 120 %, ce qui rend l'effet d'économie d'énergie plus remarquable lorsqu'il fonctionne sous une charge légère.Généralement, ce type de moteur est équipé d'un enroulement de démarrage sur le rotor, qui a la capacité de démarrer directement à une certaine fréquence et tension.À l'heure actuelle, il est principalement utilisé dans les champs pétrolifères, les industries du textile et des fibres chimiques, les industries de la céramique et du verre, les ventilateurs et les pompes à longue durée de fonctionnement annuelle, etc.
Le moteur synchrone à aimant permanent NdFeB avec un rendement élevé et un couple de démarrage élevé développé indépendamment par notre pays peut résoudre le problème de la « grande charrette tirée par des chevaux » dans les applications pétrolières.Le couple de démarrage est de 50 % à 100 % supérieur à celui du moteur à induction, qui peut remplacer le moteur à induction par un nombre de base plus grand, et le taux d'économie d'énergie est d'environ 20 %.
Dans l’industrie textile, le moment d’inertie de charge est important, ce qui nécessite un couple de traction élevé.Une conception raisonnable du coefficient de fuite à vide, du rapport des pôles saillants, de la résistance du rotor, de la taille de l'aimant permanent et des tours d'enroulement du stator du moteur synchrone à aimant permanent peut améliorer les performances de traction du moteur à aimant permanent et promouvoir son application dans les nouvelles industries du textile et des fibres chimiques.
Les ventilateurs et les pompes utilisés dans les centrales électriques à grande échelle, les mines, les industries pétrolières, chimiques et autres sont de gros consommateurs d'énergie, mais l'efficacité et le facteur de puissance des moteurs utilisés actuellement sont faibles.L'utilisation d'aimants permanents NdFeB améliore non seulement l'efficacité et le facteur de puissance, permet d'économiser de l'énergie, mais présente également une structure sans balais, ce qui améliore la fiabilité de fonctionnement.À l'heure actuelle, 1 moteur synchrone à aimant permanent de 120 kW est le moteur à aimant permanent à terres rares à haut rendement et démarrage asynchrone le plus puissant au monde.Son efficacité est supérieure à 96,5 % (le même rendement du moteur de spécification est de 95 %) et son facteur de puissance est de 0,94, ce qui peut remplacer le moteur ordinaire avec 1 à 2 niveaux de puissance supérieurs à lui.
3. Le moteur servo à aimant permanent AC et le moteur à aimant permanent DC sans balais utilisent désormais de plus en plus une alimentation à fréquence variable et un moteur AC pour former un système de contrôle de vitesse AC au lieu d'un système de contrôle de vitesse de moteur DC.Dans les moteurs à courant alternatif, la vitesse du moteur synchrone à aimant permanent maintient une relation constante avec la fréquence de l'alimentation électrique pendant un fonctionnement stable, de sorte qu'il puisse être directement utilisé dans un système de contrôle de vitesse à fréquence variable en boucle ouverte.Ce type de moteur démarre généralement par l’augmentation progressive de la fréquence du variateur de fréquence.Il n'est pas nécessaire de régler le bobinage de démarrage sur le rotor, et le balai et le collecteur sont omis, la maintenance est donc pratique.
Le moteur à aimant permanent autosynchrone est composé d'un moteur synchrone à aimant permanent alimenté par un convertisseur de fréquence et d'un système de contrôle en boucle fermée de la position du rotor, qui offre non seulement d'excellentes performances de régulation de vitesse du moteur à courant continu excité électriquement, mais réalise également sans balais.Il est principalement utilisé dans des occasions avec une précision et une fiabilité de contrôle élevées, telles que l'aviation, l'aérospatiale, les machines-outils CNC, les centres d'usinage, les robots, les véhicules électriques, les périphériques informatiques, etc.
À l'heure actuelle, le moteur synchrone à aimant permanent NdFeB et le système d'entraînement avec une large plage de vitesse et un rapport puissance-vitesse Gao Heng ont été développés, avec un rapport de vitesse de 1 : 22 500 et une vitesse limite de 9 000 tr/min.Les caractéristiques de rendement élevé, de faibles vibrations, de faible bruit et de densité de couple élevée du moteur à aimant permanent sont les moteurs les plus idéaux dans les véhicules électriques, les machines-outils et autres dispositifs d'entraînement.
Avec l'amélioration continue du niveau de vie des gens, les exigences en matière d'appareils électroménagers sont de plus en plus élevées.Par exemple, le climatiseur domestique est non seulement un gros consommateur d’énergie, mais aussi la principale source de bruit.Sa tendance de développement consiste à utiliser un moteur à courant continu sans balais à aimant permanent avec régulation de vitesse en continu.Il peut s'ajuster automatiquement à une vitesse appropriée en fonction du changement de température ambiante et fonctionner pendant une longue période, réduisant le bruit et les vibrations, permettant aux gens de se sentir plus à l'aise et économisant 1/3 d'électricité par rapport au climatiseur sans régulation de vitesse.D'autres réfrigérateurs, machines à laver, dépoussiéreurs, ventilateurs, etc. évoluent progressivement vers des moteurs à courant continu sans balais.
4. Moteur à courant continu à aimant permanent Le moteur à courant continu adopte une excitation à aimant permanent, qui conserve non seulement les bonnes caractéristiques de régulation de vitesse et les caractéristiques mécaniques du moteur à courant continu à excitation électrique, mais présente également les caractéristiques d'une structure et d'une technologie simples, d'un petit volume, d'une faible consommation de cuivre, d'une haute efficacité, etc. car l'enroulement d'excitation et la perte d'excitation sont omis.Par conséquent, les moteurs à courant continu à aimant permanent sont largement utilisés dans les appareils électroménagers, les appareils électroniques portables, les outils électriques jusqu'aux systèmes de transmission de vitesse et de position de précision qui nécessitent de bonnes performances dynamiques.Parmi les micromoteurs DC de moins de 50 W, les moteurs à aimants permanents représentent 92 %, tandis que ceux de moins de 10 W représentent plus de 99 %.
À l'heure actuelle, l'industrie automobile chinoise se développe rapidement et l'industrie automobile est le plus grand utilisateur de moteurs à aimants permanents, qui sont les composants clés des automobiles.Dans une voiture ultra-luxueuse, il existe plus de 70 moteurs ayant des objectifs différents, dont la plupart sont des micromoteurs CC à aimant permanent basse tension.Lorsque des aimants permanents et des engrenages planétaires NdFeB sont utilisés dans les démarreurs d'automobiles et de motos, la qualité des démarreurs peut être réduite de moitié.
Classification des moteurs à aimants permanents
Il existe de nombreux types d’aimants permanents.Selon la fonction du moteur, il peut être grossièrement divisé en deux catégories : générateur à aimant permanent et moteur à aimant permanent.
Les moteurs à aimant permanent peuvent être divisés en moteurs à courant continu à aimant permanent et en moteurs à courant alternatif à aimant permanent.Le moteur AC à aimant permanent fait référence au moteur synchrone multiphasé avec rotor à aimant permanent, c'est pourquoi il est souvent appelé moteur synchrone à aimant permanent (PMSM).
Les moteurs à courant continu à aimant permanent peuvent être divisés en moteurs à courant continu sans balais à aimant permanent et en moteurs à courant continu sans balais à aimant permanent (BLDCM) s'ils sont classés selon qu'il existe des interrupteurs électriques ou des commutateurs.
De nos jours, la théorie et la technologie de l’électronique de puissance moderne se développent considérablement dans le monde.Avec l'avènement des dispositifs électroniques de puissance, tels que MOSFET, IGBT et MCT, les dispositifs de contrôle ont subi des changements fondamentaux.Depuis que F. Blaceke a proposé le principe du contrôle vectoriel des moteurs à courant alternatif en 1971, le développement de la technologie de contrôle vectoriel a lancé une nouvelle ère de contrôle des servomoteurs à courant alternatif, et divers microprocesseurs hautes performances ont été continuellement mis à jour, accélérant encore le développement. du système servo AC au lieu du système servo DC.C'est une tendance inévitable que le système servo AC-I remplace le système servo DC.Cependant, le moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) avec force contre-électromotrice sinusoïdale et le moteur à courant continu sans balais (BLIX ~) avec force contre-électromotrice trapézoïdale deviendront sûrement le courant dominant dans le développement de systèmes d'asservissement CA hautes performances en raison de leurs excellentes performances.