Dans le domaine de la technologie des moteurs, les moteurs à aimants permanents et les moteurs synchrones sont deux concepts souvent évoqués l'un par rapport à l'autre, et beaucoup se demandent s'ils sont tout à fait équivalents. En fait, tous les moteurs synchrones ne sont pas des moteurs à aimants permanents, mais tous les moteurs à aimants permanents sont des moteurs synchrones. La relation entre les deux doit être définie de manière exhaustive sur la base des critères de classification des moteurs, des principes de fonctionnement et des scénarios d'application pratiques.
Pour clarifier cette relation, il est d’abord nécessaire de préciser les normes de classification fondamentales pour les deux types de moteurs. Un moteur à aimant permanent est un type de moteur classé selon sa méthode d'excitation. Sa principale caractéristique est l'utilisation d'aimants permanents (tels que le néodyme-fer-bore, le samarium-cobalt et d'autres matériaux magnétiques) pour remplacer les enroulements d'excitation électrique traditionnels pour la génération de champ magnétique, éliminant ainsi le besoin de consommation d'énergie électrique supplémentaire pour produire l'excitation. En revanche, un moteur synchrone est classé selon sa caractéristique de vitesse, faisant référence à un moteur dans lequel la vitesse du rotor est toujours cohérente avec la vitesse synchrone du champ magnétique tournant du stator. La formule de calcul de la vitesse synchrone est n₁ = 60f/p (où
n₁ est la vitesse de synchronisation, f est la fréquence d'alimentation et p est le nombre de paires de pôles du moteur).
moteurs synchrones, nommément moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM). Leur principe de fonctionnement est essentiellement différent de celui des moteurs asynchrones : le champ magnétique généré par les aimants permanents sur le rotor interagit avec le champ magnétique tournant produit par le courant dans les enroulements du stator, faisant tourner le rotor à la vitesse du champ magnétique tournant, c'est-à-dire la vitesse synchrone. En revanche, la vitesse de rotation d'un moteur asynchrone doit être inférieure à la vitesse synchrone pour induire un courant électrique dans les conducteurs fermés du rotor, établissant ainsi un champ magnétique induit par le rotor. Ce champ magnétique induit interagit ensuite avec le champ magnétique tournant généré par le courant de l’enroulement du stator pour entraîner la rotation du rotor.
Les champs magnétiques du stator et du rotor des moteurs synchrones tournent de manière synchrone, tandis que la vitesse du rotor des moteurs asynchrones est inférieure à la vitesse synchrone et que la vitesse des moteurs synchrones à aimants permanents est strictement égale à la vitesse synchrone. Grâce à leurs avantages de rendement élevé, de densité de puissance élevée et de précision de contrôle de vitesse élevée, les moteurs synchrones à aimants permanents sont largement utilisés dans des scénarios avec des exigences de performance strictes, tels que les systèmes d'entraînement de véhicules à énergie nouvelle, les équipements d'asservissement industriels, les machines-outils de précision et les appareils ménagers à fréquence variable.
Cependant, les moteurs synchrones à aimants permanents à démarrage en ligne (LSPMSM), qui disparaissent progressivement du marché des moteurs à aimants permanents, ont des aimants permanents intégrés dans leurs rotors mais conservent la caractéristique fondamentale des moteurs asynchrones dans leur conception : l'état de fonctionnement asynchrone avant de se synchroniser. De tels moteurs ne nécessitent pas de convertisseurs de fréquence dédiés et peuvent remplacer directement les dispositifs d'entraînement alimentés par des moteurs asynchrones.
En raison des dommages mortels causés aux aimants permanents par l'échauffement du rotor pendant le processus de démarrage, ces moteurs sont confrontés à un risque élevé de démagnétisation et ne sont pas en mesure de répondre aux exigences de plus en plus strictes en matière de densité de puissance et de fiabilité du marché des applications moteurs.
En résumé, les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) constituent un sous-ensemble spécial de moteurs synchrones. Leur champ magnétique d'excitation est fourni par des aimants permanents, éliminant ainsi le besoin de dispositifs d'excitation ainsi que les problèmes d'échauffement et de perte associés à de tels dispositifs. Par conséquent, ces moteurs présentent une structure simple et fiable ainsi que des performances élevées et une densité de puissance élevée.
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