Quels secteurs tirent le plus profit des moteurs synchrones CA ?

Production d'électricité et stabilité du réseau : permettre une commande précise et un contrôle de la puissance réactive

Phénomène : les moteurs synchrones comme sources d'inertie synchronisées au réseau

Les moteurs synchrones à courant alternatif se synchronisent naturellement avec la fréquence du réseau, ce qui leur confère une sorte d'inertie rotative qui contribue effectivement à maintenir la stabilité des réseaux électriques en cas de changements soudains de la demande de charge. La masse des rotors de ces moteurs agit comme un volant d'inertie, stockant de l'énergie cinétique qui est libérée automatiquement dès qu'il y a une baisse de fréquence. Cela ralentit fondamentalement la vitesse à laquelle les choses évoluent dans le système, renforçant ainsi la stabilité globale du réseau. Alors que de plus en plus de systèmes électriques à travers le monde passent aux énergies renouvelables et s'éloignent des générateurs tournants traditionnels, ce type d'inertie intégrée devient particulièrement important. Sans ces machines tournantes classiques, les réseaux modernes ne bénéficient plus du même effet stabilisant naturel.

Principe : Excitation du rotor pour une correction précise du facteur de puissance et un soutien de la puissance réactive

Contrairement aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones offrent un contrôle dynamique de la puissance réactive grâce à une excitation rotorique à courant continu ajustable. En réglant précisément le courant d'excitation, les opérateurs peuvent :

• Atteindre un facteur de puissance unitaire, évitant ainsi les pénalités imposées par les fournisseurs d'électricité, qui peuvent dépasser 740 000 $ par an par installation
• Injecter ou absorber de la puissance réactive (VAR) afin de réguler la tension pendant les périodes de forte demande
• Compenser les VAR inductifs provenant des transformateurs et des infrastructures de transmission

Cela transforme les moteurs en actifs programmables pour le réseau, améliorant l'efficacité de la transmission et contribuant à prévenir l'effondrement de la tension, en particulier dans les réseaux faibles ou éloignés.

Industrie pétrolière, gazière et chimique : fonctionnement à haute efficacité et à vitesse constante pour les applications critiques

Phénomène : élimination des pertes par glissement dans les compresseurs centrifuges et les pompes

Les compresseurs et pompes centrifuges utilisés dans le traitement des hydrocarbures perdaient traditionnellement environ 3 à 7 pour cent de leur énergie d'entrée en raison de ces pertes par glissement gênantes dans les moteurs à induction classiques. Les moteurs synchrones à courant alternatif résolvent ce problème, car ils maintiennent le rotor et le stator parfaitement synchronisés pendant tout le fonctionnement, ce qui les classe dans la classe d'efficacité IE4 selon les normes IEC 60034 quelque chose ou autres. Des études récentes publiées l'année dernière dans des revues de dynamique des fluides suggèrent que ces moteurs peuvent réduire la consommation d'énergie jusqu'à 40 % lorsqu'ils sont appliqués à des systèmes de compression de gaz. Cela signifie des économies réelles sur les coûts d'exploitation et moins d'émissions de carbone, sans compromettre la performance, particulièrement important face aux variations de pression imprévisibles qui se produisent constamment dans les pipelines.

Principe : Débit stable en cas de conditions d'admission variables avec des entraînements à moteur synchrone CA

Les moteurs synchrones maintiennent une vitesse de rotation pratiquement constante lorsqu'ils traitent du pétrole brut dont la viscosité varie ou qu'ils manipulent des produits chimiques réactifs. Ces moteurs restent à environ un demi-pourcent près de la vitesse cible, même lorsque les conditions de charge changent. Ce qui les distingue, c'est la réaction immédiate de leur système électromagnétique aux variations de pression d'entrée. Cette réponse rapide évite les perturbations d'écoulement gênantes pouvant entraîner la séparation de phases dans les conduites transportant plusieurs substances. Pour les pompes de surpression fonctionnant avec du gaz acide, cela se traduit par une régularité de débit d'environ deux pourcents. Et soyons honnêtes, ce niveau de stabilité est crucial, car les arrêts imprévus coûtent des millions dans les raffineries où l'on traite quotidiennement toutes sortes de matériaux corrosifs.

CVC et systèmes de bâtiments à grande échelle : Respecter les normes énergétiques avec un rendement IE4

Phénomène : Adoption de moteurs synchrones à courant alternatif dans les groupes frigorifiques commandés par variateurs de fréquence et les systèmes de registres

De nos jours, de plus en plus d'ingénieurs optent pour des moteurs synchrones à courant alternatif dans les grands systèmes de CVC, comme ces refroidisseurs commandés par variateurs de fréquence et ces actionneurs de registres que l'on voit partout. Ce qui distingue ces moteurs, c'est leur capacité à maintenir un contrôle précis de la vitesse, même lorsqu'ils fonctionnent à bas régime. Cela signifie que le système de refroidissement peut s'ajuster en douceur, sans ces à-coups désagréables causés par d'autres types de moteurs. Et n'oublions pas non plus l'économie d'énergie. Les moteurs à induction gaspillent généralement entre 3 et 7 pour cent d'énergie lorsqu'ils ne fonctionnent pas à pleine charge, mais les moteurs synchrones réduisent considérablement ces pertes. Prenons l'exemple des unités de traitement d'air. Équipées de moteurs synchrones, ces installations connaissent environ 22 pour cent de fluctuations de pression dans les conduits en moins, selon une étude publiée l'année dernière dans le journal de l'ASHRAE. Le résultat ? Un débit d'air nettement plus stable dans les bâtiments, et une sensation de confort accrue pour les occupants.

Tendance : La norme ASHRAE 90.1-2022 pousse à la modernisation des moteurs à induction vers des moteurs synchrones de classe IE4

La norme ASHRAE 90.1-2022 mise à jour exige une efficacité 15 % supérieure pour les entraînements CVC commerciaux, accélérant ainsi le remplacement des moteurs à induction obsolètes. Les moteurs synchrones CA de classe IE4 répondent à cette exigence grâce à :

• Des rotors à aimants permanents qui éliminent les pertes au rotor
• un rendement maximal de 97 % à 25 % de charge, contre 89 % pour les moteurs à induction équivalents
• Un facteur de puissance supérieur à 0,95 sur une large plage de vitesses

Les gestionnaires d'installations signalent des périodes de retour sur investissement de seulement 18 mois après modernisation, ces moteurs réduisant la consommation énergétique des centrales frigorifiques de 31 % par an — contribuant ainsi à la conformité avec les codes de ventilation et les initiatives mondiales de neutralité carbone.

Applications marines et embarquées : Une propulsion fiable grâce aux moteurs synchrones à aimant permanent

Stratégie : Intégration des MSAP dans la propulsion marine hybride-électrique pour plus d'efficacité et de durabilité

La propulsion marine est en pleine transformation grâce à l'arrivée des moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) dans les systèmes hybrides-électriques des navires. Lorsqu'ils remplacent les moteurs à induction traditionnels dans la chaîne de transmission des bateaux, ils éliminent les pertes par glissement gênantes et atteignent des rendements supérieurs à 95 % dans la plupart des cas. Le résultat ? Une réduction notable de la consommation de carburant lors de longues traversées maritimes. Un autre avantage majeur des PMSM réside dans leur conception sans balais, ce qui implique moins de pièces à entretenir, un point particulièrement important face aux problèmes de corrosion causés par l'eau salée. De plus, la possibilité de régler précisément le couple permet une transition beaucoup plus fluide entre l'alimentation électrique et les moteurs diesel qu'auparavant. Nous avons observé que cela fonctionnait particulièrement bien sur les navires de soutien offshore opérant autour des plates-formes pétrolières. Même si ces moteurs subissent constamment des vibrations dues au fonctionnement du moteur, doivent faire face à des niveaux d'humidité élevés et doivent fonctionner dans des gammes de températures extrêmes, allant des eaux arctiques aux climats tropicaux, ils continuent de fonctionner sans défaillance.

Avantage : Densité de couple élevée et résilience dans les environnements maritimes difficiles

Les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) peuvent produire environ 30 % de poussée de démarrage en plus par rapport aux autres moteurs de taille similaire, car ils sont conçus avec des architectures compactes capables de générer un couple élevé. Les aimants au néodyme intégrés dans ces moteurs supportent très bien les charges mécaniques brusques lorsque les navires rencontrent des conditions océaniques difficiles. De plus, les moteurs sont dotés de revêtements spéciaux résistant à la corrosion, les protégeant ainsi de l'air salin et de l'humidité, qui finiraient normalement par détériorer les composants classiques des moteurs au fil du temps. Pour cette raison, les PMSM fonctionnent particulièrement bien dans les propulseurs azimuthaux et les systèmes de positionnement dynamique des navires. Lorsqu'un navire doit maintenir sa position ou manœuvrer avec précision dans des environnements exigeants, disposer de moteurs fiables qui ne lâchent pas au moment critique fait toute la différence entre une opération réussie et un désastre potentiel en mer.