Pour améliorer le rendement et la fiabilité des équipements, le moteur CA à aimants permanents devient une alternative de plus en plus attrayante au moteur omniprésent à induction ou à cage d'écureuil.
Les moteurs à aimants permanents ne sont pas complètement nouveaux ; les servomoteurs haute performance sont basés sur le même concept. Par contre, les servomoteurs sont coûteux et la nouveauté est la classe émergente de moteurs à aimants permanents ou CA sans balais. A ce jour, les moteurs à induction ont eu pour rôle d'entraîner des équipements tels que les pompes, les compresseurs, les convoyeurs et les machines de production. Les servomoteurs sont utilisés là où les exigences de performance justifient leur coût supplémentaire. Les moteurs à aimants permanents comblent le fossé entre les deux extrémités du spectre de l'entraînement. Ils utilisent souvent des aimants en ferrite collés sur le rotor et en règle générale, leur performance dépasse d'environ 25 % celle des moteurs à induction standard, en termes d'efficacité énergétique et de densité de puissance (rapport puissance-volume). Si des supers aimants au néodyme sont utilisés, la performance est supérieure de 50 à 100 % à celle d'un moteur à induction.
Les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) fonctionnent à la fréquence réseau, à n'importe quel couple jusqu'à la limite opérationnelle du moteur. Les PMSM triphasés sont excités en permanence et, par conséquent, sont extrêmement sensibles aux demandes de changement de charge. Ils possèdent également une capacité de surcharge élevée. Ils sont donc robustes et nécessitent peu de maintenance. Les PMSM sont équipés d'un contrôleur électronique qui utilise la commutation de courant pour actionner le moteur ainsi que pour réguler son couple de sortie. Bien que le contrôleur constitue une dépense supplémentaire, il assure une commande de type servo qui manque aux moteurs à induction. Les avantages d'un PMSM par rapport à un moteur à induction peuvent se résumer ainsi : meilleur rendement, régulation de vitesse plus précise, densité de courant plus élevée et température de service réduite (prolongeant la durée de vie des paliers et de l'isolation).
Des machines synchrones
Les PMSM sont des machines synchrones, c'est-à-dire que le rotor tourne à exactement la même vitesse que le champ magnétique produit par les enroulements du stator, tandis qu'un moteur à induction subit en général un glissement de 1 à 3 %. Cette synchronisation favorise la performance dynamique et la régulation de vitesse. Autre avantage est que les PMSM ont habituellement une plage de vitesse plus grande que celle des moteurs à induction. En règle générale, les PMSM ont une plage de vitesse nominale de 20:1 sans réaction ou de 2000:1 en boucle fermée. Toutefois, le choix de l'entraînement joue aussi un rôle dans la plage de vitesse. Chaque situation doit par conséquent être étudiée individuellement.
Les pertes des moteurs PMSM sont inférieures d'environ 15 à 20 % à celles des moteurs à induction. Selon la taille du moteur, le prix de l'électricité et le cycle de service, les utilisateurs peuvent donc s'attendre à amortir le supplément de coût d'un moteur PMSM en 3 à 15 mois.
Applications
Les PMSM conviennent à quasiment n'importe quelle application équipée actuellement d'un moteur à induction et à de nombreuses applications où un grand servomoteur (très coûteux) est utilisé. Dans les situations où la principale préoccupation est le rendement moteur, les systèmes à charge centrifuge et vitesse variable comme les ventilateurs et les pompes sont d'excellents candidats. Dans de nombreux cas, remplacer un moteur à induction par un PMSM peut supprimer le besoin en équipement de transmission de puissance supplémentaire tel que les courroies, les chaînes et les réducteurs, augmentant ainsi l'efficacité de l'ensemble des systèmes et réduisant le coût d'achat initial, le temps de mise en service et les besoins de maintenance.
Les PMSM sont conçus de manière générale pour le remplacement direct des moteurs à induction CEI et NEMA, permettant aux utilisateurs d'adopter facilement des moteurs modernes, fiables, à haut rendement et à maintenance minime. Face à l'augmentation des prix de l'énergie, de nombreux exploitants d'installations choisissent de passer aux moteurs à aimants permanents.
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