Dans l'industrie, les moteurs électriques absorbent à eux seuls 60 à 65 % de l'électricité consommée. Augmenter leur rendement est une des pistes suivies pour optimiser leurs performances et améliorer le bilan énergétique des usines.
Les moteurs électriques sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles aux exigences souvent analogues : rendement élevé, longévité, maintenance allégée et fiabilité accrue. Pour proposer un moteur en phase avec les besoins du marché et parfaitement adapté à la commande en vitesse variable, ABB a remis à plat tous ses choix technologiques. Deux critères offraient des perspectives de simplification des moteurs et de gain de rendement : d'une part, le démarrage d'un moteur alimenté par un variateur de vitesse est très différent de celui d'un moteur directement couplé au réseau électrique et, d'autre part, la modification des conditions aux limites d'utilisation.
Le moteur synchrone à réluctance a été inventé en 1923. Ne pouvant être démarré directement sur le réseau, il était inadapté à l'usage industriel. Aujourd'hui, son alimentation par un variateur de vitesse a permis de lever cet obstacle. Le moteur synchrone à réluctance ABB est piloté par un variateur de vitesse de même calibre que le moteur asynchrone aux mêmes niveaux de puissance et de couple, mais avec une densité de puissance et un rendement supérieurs à ce dernier. Ce gain de rendement induit forcément des économies d'énergie
Une augmentation de 20 à 40 % de la densité de puissance
Les avantages des moteurs synchrones sont bien connus. En effet, un moteur synchrone avec un rotor 4 pôles alimenté à 50 Hz est en synchronisme avec cette alimentation très précisément à 1 500 tr/min alors qu'un moteur asynchrone équivalent de 30 kW, par exemple, ne tourne qu'à 1 475 tr/min du fait des pertes par glissement. Dans les moteurs asynchrones modernes à cage en court-circuit, les pertes rotoriques représentent 20 à 35 % des pertes totales. La rotation en synchronisme avec le réseau permet donc d'en supprimer une grosse partie. Parallèlement, elle permet d'augmenter de 20 à 40 % la densité de puissance et de couple pour la même classe d'isolation.
Autre avantage majeur du moteur synchrone à réluctance ABB : le rotor de structure plus simple qui, sans aimants ni cage, est plus robuste que celui des moteurs asynchrones ou à aimants permanents. Le moteur est fonctionnellement sûr car, sans aimants, aucune tension de force contre électromotrice n'est induite et le convertisseur ne doit plus être protégé des surtensions. Enfin, les terres rares utilisées pour les aimants permanents sont des matériaux relativement chers et à la disponibilité limitée sur certains marchés, du fait de la concentration géographique des sources d'approvisionnement.
La suppression de la plupart des pertes rotoriques et la structure plus simple du rotor confèrent un certain nombre d'avantages à ce moteur et à la machine entraînée. Il peut en effet fonctionner aux puissances normalisées CEI pour une hauteur d'axe donnée. Dans ce cas, le gain de rendement de l'entraînement à vitesse variable peut dépasser 5 % pour les moteurs de puissance unitaire et approcher 0,5 % pour les plus gros moteurs (hauteur d'axe 315). Le faible encombrement des moteurs synchrones à réluctance ABB permet donc aux constructeurs de machines de concevoir des équipements plus compacts, plus légers et plus efficaces.
Des intervalles de lubrification plus longs
De plus, alors qu'un moteur asynchrone fonctionnerait à un échauffement de classe F (105 K), le moteur synchrone à réluctance ABB ne fonctionnerait qu'à un échauffement de classe A (60 K). Ce fonctionnement à basse température améliore la durée de vie de l'isolant du moteur et, donc, celle des roulements ou autorise des intervalles de lubrification plus longs. Les organes de roulement des moteurs exigent, en particulier, un entretien régulier ; selon certaines études, leur défaillance est à l'origine de près de 70 % des arrêts intempestifs des moteurs. Le moindre échauffement des roulements a un impact direct sur les intervalles de lubrification, la simplicité de maintenance et la fiabilité.
Avec une densité de puissance de 20 à 40 % supérieure à celle d'un moteur asynchrone, un rotor sans cage en court-circuit ni aimants permanents et un échauffement inférieur, ABB propose une solution d'entraînement à vitesse variable moins encombrante avec un rendement global supérieur. Pour finir, les fonctions spéciales ajoutées par ABB à son variateur standard améliorent le bilan énergétique et la puissance des systèmes d'entraînement à moteurs synchrones à réluctance, désormais comparables à ceux d'un entraînement à moteur à aimants permanents, mais avec un moteur plus simple et plus robuste. L'utilisateur gagne donc sur les deux tableaux.
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