Qu'est-ce qu'un moteur synchrone à aimant permanent et son fonctionnement

Dans un système électrique, moteurs synchrones sont les moteurs à courant alternatif triphasés à état stationnaire les plus utilisés, qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique. Ce type de moteur fonctionne à vitesse synchrone, constante et synchrone avec la fréquence d'alimentation et la période de rotation est égale à l'intégrale no. des cycles AC. Cela signifie que la vitesse du moteur est égale au champ magnétique tournant. Ce type de moteur principalement utilisé dans systèmes d'alimentation pour améliorer le facteur de puissance. Il existe des moteurs synchrones non excités et excités en courant continu, qui fonctionnent en fonction de la puissance magnétique du moteur. Les moteurs à réluctance, les moteurs à hystérésis et les moteurs à aimant permanent sont les moteurs synchrones non excités. Cet article traite du fonctionnement d'un moteur synchrone à aimant permanent.

Qu'est-ce qu'un moteur synchrone à aimant permanent?

Les moteurs synchrones à aimants permanents sont l'un des types de moteurs synchrones à courant alternatif, où le champ est excité par des aimants permanents qui génèrent des champs électromagnétiques sinusoïdaux. Il contient un rotor et un stator identiques à ceux d'un moteur à induction , mais un aimant permanent est utilisé comme rotor pour créer un champ magnétique. Il n'est donc pas nécessaire d'enrouler le bobinage de champ le rotor . Il est également connu sous le nom de moteur à onde sinusoïdale permanente sans balais triphasé. Le schéma du moteur synchrone à aimants permanents est illustré ci-dessous.

Moteur synchrone à aimant permanent

Théorie du moteur synchrone à aimant permanent

Les moteurs synchrones à aimants permanents sont très efficaces, sans balais, très rapides, sûrs et offrent des performances dynamiques élevées par rapport aux moteurs conventionnels. Il produit un couple régulier, un faible bruit et est principalement utilisé pour les applications à grande vitesse comme robotique . Il s'agit d'un moteur synchrone AC triphasé qui fonctionne à une vitesse synchrone avec la source AC appliquée.

Au lieu d'utiliser un enroulement pour le rotor, des aimants permanents sont montés pour créer un champ magnétique rotatif. Comme il n'y a pas d'alimentation en source CC, ces types de moteurs sont très simples et moins coûteux. Il contient un stator avec 3 enroulements installés dessus et un rotor avec un aimant permanent monté pour créer des pôles de champ. L'alimentation CA d'entrée triphasée est donnée au stator pour commencer à fonctionner.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du moteur synchrone à aimant permanent est similaire au moteur synchrone. Cela dépend du champ magnétique rotatif qui génère une force électromotrice à vitesse synchrone. Lorsque l'enroulement du stator est alimenté en fournissant l'alimentation triphasée, un champ magnétique rotatif est créé entre les entrefers.

Cela produit le couple lorsque les pôles du champ du rotor maintiennent le champ magnétique rotatif à une vitesse synchrone et que le rotor tourne en continu. Comme ces moteurs ne sont pas des moteurs à démarrage automatique, il est nécessaire de prévoir une alimentation à fréquence variable.

EMF et équation de couple

Dans une machine synchrone, l'EMF moyen induit par phase est appelé EMF induit dynamique dans un moteur synchrone, le flux coupé par chaque conducteur par tour est Pϕ Weber
Ensuite, le temps nécessaire pour effectuer un tour est de 60 / N sec

La CEM moyenne induite par conducteur peut être calculée en utilisant

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Où Tph = Zph / 2

Par conséquent, la force électromagnétique moyenne par phase est,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Où Tph = non. De spires connectés en série par phase

ϕ = flux / pôle en weber

P = non. De pôles

F = fréquence en Hz

Zph = non. Des conducteurs connectés en série par phase. = Zph / 3

L'équation EMF dépend des bobines et des conducteurs du stator. Pour ce moteur, le facteur de distribution Kd et le facteur de pas Kp sont également pris en compte.

D'où, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

L'équation de couple d'un moteur synchrone à aimants permanents est donnée comme suit:

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Contrôle direct du couple du moteur synchrone à aimant permanent

Pour contrôler le moteur synchrone à aimants permanents, nous utilisons différents types de systèmes de contrôle . En fonction de la tâche, la technique de contrôle nécessaire est utilisée. Les différentes méthodes de contrôle du moteur synchrone à aimant permanent sont,

Catégorie sinusoïdale

• Scalaire
• Vector: commande orientée champ (FOC) (avec et sans capteur de position)
• Contrôle direct du couple

Catégorie trapézoïdale

• Boucle ouverte
• Boucle fermée (avec et sans capteur de position)

La technologie de contrôle direct du couple de ce moteur est un circuit de contrôle très simple avec des performances dynamiques efficaces et une bonne plage de contrôle. Il ne nécessite aucun capteur de position pour le rotor. Le principal inconvénient de l'utilisation de cette méthode de contrôle est qu'elle produit un couple élevé et une ondulation de courant.

Construction

Le construction de moteur synchrone à aimant permanent est similaire au moteur synchrone de base, mais la seule différence est avec le rotor. Le rotor n’a pas d’enroulement de champ, mais les aimants permanents sont utilisés pour créer des pôles de champ. Les aimants permanents utilisés dans le PMSM sont composés de samarium-cobalt et de milieu, de fer et de bore en raison de leur perméabilité plus élevée.

L'aimant permanent le plus utilisé est le néodyme-bore-fer en raison de son coût efficace et de sa facilité de disponibilité. Dans ce type, les aimants permanents sont montés sur le rotor. Sur la base du montage de l'aimant permanent sur le rotor, la construction d'un moteur synchrone à aimant permanent est divisée en deux types. Elles sont,

PMSM en saillie

Dans cette construction, l'aimant est monté sur la surface du rotor. Il convient aux applications à grande vitesse, car il n'est pas robuste. Il fournit un entrefer uniforme car la perméabilité de l'aimant permanent et de l'entrefer est la même. Aucun couple de réticence, performances dynamiques élevées et convient aux appareils à grande vitesse tels que la robotique et les entraînements d'outils.

Monté en surface

PMSM enterré ou PMSM intérieur

Dans ce type de construction, l'aimant permanent est intégré dans le rotor comme illustré sur la figure ci-dessous. Il convient aux applications à grande vitesse et obtient de la robustesse. Le couple de réluctance est dû à la saillance du moteur.

PMSM enterré

Fonctionnement du moteur synchrone à aimant permanent

Le fonctionnement du moteur synchrone à aimants permanents est très simple, rapide et efficace par rapport aux moteurs conventionnels. Le fonctionnement du PMSM dépend du champ magnétique tournant du stator et du champ magnétique constant du rotor. Les aimants permanents sont utilisés comme rotor pour créer un flux magnétique constant, fonctionne et se verrouille à vitesse synchrone. Ces types de moteurs sont similaires aux moteurs CC sans balais.

Les groupes de phaseurs sont formés en joignant les enroulements du stator les uns aux autres. Ces groupes de phaseurs sont réunis pour former différentes connexions comme une étoile, un delta, des phases doubles et simples. Pour réduire les tensions harmoniques, les enroulements doivent être brièvement enroulés les uns avec les autres.

Lorsque l'alimentation CA triphasée est fournie au stator, elle crée un champ magnétique tournant et le champ magnétique constant est induit en raison de l'aimant permanent du rotor. Ce rotor fonctionne en synchronisme avec la vitesse synchrone. L'ensemble du fonctionnement du PMSM dépend de l'entrefer entre le stator et le rotor sans charge.

Si l'entrefer est grand, les pertes de vent du moteur seront réduites. Les pôles de champ créés par l'aimant permanent sont saillants. Les moteurs synchrones à aimants permanents ne sont pas des moteurs à démarrage automatique. Il est donc nécessaire de contrôler électroniquement la fréquence variable du stator.

Moteur synchrone à aimant permanent vs BLDC

Les différences entre le moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) et BLDC ( moteurs à courant continu sans balais ) inclure les éléments suivants.

Avantages

Le avantages du moteur synchrone à aimant permanent comprendre,

• offre une efficacité supérieure à des vitesses élevées
• disponible en petites tailles dans différents emballages
• l'entretien et l'installation sont très faciles qu'un moteur à induction
• capable de maintenir un couple maximal à basse vitesse.
• haute efficacité et fiabilité
• donne un couple régulier et des performances dynamiques

Désavantages

Les inconvénients des moteurs synchrones à aimants permanents sont les suivants:

• Ces types de moteurs sont très chers par rapport aux moteurs à induction
• Difficile à démarrer car ce ne sont pas des moteurs à démarrage automatique.

Applications

Les applications des moteurs synchrones à aimants permanents sont,

• Climatiseurs
• Réfrigérateurs
• Compresseurs AC
• Machines à laver à entraînement direct
• Direction assistée électrique automobile
• Des machines-outils
• Grands systèmes d'alimentation pour améliorer le facteur de puissance en avance et en retard
• Contrôle de la traction
• Unités de stockage de données.
• Servomoteurs
• Applications industrielles telles que la robotique, l'aérospatiale et bien d'autres.

Ainsi, il s'agit de un aperçu du moteur synchrone à aimants permanents - définition, fonctionnement, principe de fonctionnement, diagramme, construction, avantages, inconvénients, applications, emf et équation de couple. Voici une question pour vous: «Quel est le but de l'utilisation d'un aimant permanent dans les moteurs synchrones?