En raison de leur compacité et de leur densité de couple élevée, les moteurs synchrones à aimants permanents sont largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles, notamment pour les systèmes d'entraînement hautes performances tels que les systèmes de propulsion sous-marins.Les moteurs synchrones à aimants permanents ne nécessitent pas l'utilisation de bagues collectrices pour l'excitation, ce qui réduit la maintenance et les pertes du rotor.Les moteurs synchrones à aimants permanents sont très efficaces et conviennent aux systèmes d'entraînement hautes performances tels que les machines-outils CNC, la robotique et les systèmes de production automatisés dans l'industrie.
Généralement, la conception et la construction de moteurs synchrones à aimants permanents doivent prendre en compte à la fois la structure du stator et du rotor afin d'obtenir un moteur haute performance.
La structure du moteur synchrone à aimant permanent
Densité de flux magnétique entrefer :Déterminé en fonction de la conception des moteurs asynchrones, etc., de la conception des rotors à aimants permanents et de l'utilisation d'exigences particulières pour la commutation des enroulements du stator. De plus, on suppose que le stator est un stator à fentes.La densité de flux de l'entrefer est limitée par la saturation du noyau du stator.En particulier, la densité de flux maximale est limitée par la largeur des dents de l'engrenage, tandis que l'arrière du stator détermine le flux total maximal.
De plus, le niveau de saturation admissible dépend de l'application.En règle générale, les moteurs à haut rendement ont une densité de flux plus faible, tandis que les moteurs conçus pour une densité de couple maximale ont une densité de flux plus élevée.La densité de flux maximale de l'entrefer est généralement comprise entre 0,7 et 1,1 Tesla.Il convient de noter qu'il s'agit de la densité de flux totale, c'est-à-dire la somme des flux rotorique et statorique.Cela signifie que si la force de réaction de l'induit est faible, cela signifie que le couple d'alignement est élevé.
Cependant, afin d’obtenir une contribution importante du couple de réluctance, la force de réaction du stator doit être importante.Les paramètres de la machine montrent qu'un grand m et une petite inductance L sont principalement nécessaires pour obtenir un couple d'alignement.Ceci convient généralement au fonctionnement en dessous de la vitesse de base, car une inductance élevée réduit le facteur de puissance.
Matériau de l'aimant permanent :
Les aimants jouent un rôle important dans de nombreux dispositifs, c'est pourquoi l'amélioration des performances de ces matériaux est très importante, et l'attention se concentre actuellement sur les matériaux à base de terres rares et de métaux de transition qui peuvent obtenir des aimants permanents dotés de propriétés magnétiques élevées.Selon la technologie, les aimants ont des propriétés magnétiques et mécaniques différentes et présentent une résistance à la corrosion différente.
Les aimants NdFeB (Nd2Fe14B) et Samarium Cobalt (Sm1Co5 et Sm2Co17) sont les matériaux à aimants permanents commerciaux les plus avancés disponibles aujourd'hui.Au sein de chaque classe d’aimants aux terres rares, il existe une grande variété de qualités.Les aimants NdFeB ont été commercialisés au début des années 1980.Ils sont aujourd’hui largement utilisés dans de nombreuses applications différentes.Le coût de ce matériau magnétique (par produit énergétique) est comparable à celui des aimants en ferrite et, par kilogramme, les aimants NdFeB coûtent environ 10 à 20 fois plus cher que les aimants en ferrite.
Certaines propriétés importantes utilisées pour comparer les aimants permanents sont : la rémanence (Mr), qui mesure la force du champ magnétique de l'aimant permanent, la force coercitive (Hcj), la capacité du matériau à résister à la démagnétisation, le produit énergétique (BHmax), la densité d'énergie magnétique. ; Température de Curie (TC), température à laquelle le matériau perd son magnétisme.Les aimants en néodyme ont une rémanence plus élevée, une coercivité et un produit énergétique plus élevés, mais sont généralement du type à température de Curie plus basse. Le néodyme fonctionne avec le terbium et le dysprosium afin de maintenir ses propriétés magnétiques à haute température.
Conception de moteur synchrone à aimant permanent
Dans la conception d'un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM), la construction du rotor à aimant permanent est basée sur le châssis du stator d'un moteur à induction triphasé sans modifier la géométrie du stator et des enroulements.Les spécifications et la géométrie incluent : la vitesse du moteur, la fréquence, le nombre de pôles, la longueur du stator, les diamètres intérieur et extérieur, le nombre d'encoches du rotor.La conception du PMSM inclut la perte de cuivre, la force contre-électromotrice, la perte de fer et l'inductance propre et mutuelle, le flux magnétique, la résistance du stator, etc.
Calcul de l'auto-inductance et de l'inductance mutuelle:
L'inductance L peut être définie comme le rapport entre la liaison de flux et le courant produisant le flux I, en Henrys (H), égal à Weber par ampère. Un inducteur est un dispositif utilisé pour stocker de l'énergie dans un champ magnétique, de la même manière qu'un condensateur stocke de l'énergie dans un champ électrique. Les inducteurs sont généralement constitués de bobines, généralement enroulées autour d'un noyau de ferrite ou ferromagnétique, et leur valeur d'inductance est uniquement liée à la structure physique du conducteur et à la perméabilité du matériau à travers lequel passe le flux magnétique.
Les étapes pour trouver l'inductance sont les suivantes :1. Supposons qu'il y ait un courant I dans le conducteur.2. Utilisez la loi de Biot-Savart ou la loi de boucle d'Ampère (si disponible) pour déterminer que B est suffisamment symétrique.3. Calculez le flux total reliant tous les circuits.4. Multipliez le flux magnétique total par le nombre de boucles pour obtenir la liaison de flux et réalisez la conception du moteur synchrone à aimant permanent en évaluant les paramètres requis.
L'étude a révélé que la conception utilisant le NdFeB comme matériau du rotor à aimant permanent AC augmentait le flux magnétique généré dans l'entrefer, entraînant une réduction du rayon intérieur du stator, tandis que le rayon intérieur du stator utilisant le samarium cobalt permanent Le matériau du rotor magnétique était plus grand.Les résultats montrent que la perte effective de cuivre en NdFeB est réduite de 8,124 %.Pour le samarium cobalt en tant que matériau à aimant permanent, le flux magnétique sera une variation sinusoïdale.Généralement, la conception et la construction de moteurs synchrones à aimants permanents doivent prendre en compte à la fois la structure du stator et du rotor afin d'obtenir un moteur haute performance.
en conclusion
Le moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) est un moteur synchrone qui utilise des matériaux hautement magnétiques pour la magnétisation et présente les caractéristiques d'un rendement élevé, d'une structure simple et d'un contrôle facile.Ce moteur synchrone à aimant permanent a des applications dans les domaines de la traction, de l'automobile, de la robotique et de l'aérospatiale. La densité de puissance des moteurs synchrones à aimants permanents est supérieure à celle des moteurs à induction de même puissance car il n'y a pas de puissance statorique dédiée à la génération du champ magnétique. .
À l’heure actuelle, la conception du PMSM nécessite non seulement une puissance plus élevée, mais également une masse et un moment d’inertie inférieurs.
Heure de publication : 01 juillet 2022