Pertes du moteur électrique

pertes moteur électrique
pertes moteur électrique
Comme on peut le voir ici dans le dia­gramme, les pertes des moteurs élec­triques peu­vent être divisées en pertes ohmiques, pertes fer­reuses, pertes par dif­fu­sion et pertes mécaniques. Les pertes ohmiques sont égale­ment appelées pertes de cuiv­re et pertes de fer, sou­vent aus­si pertes de noy­au. Les pertes des moteurs élec­triques se pro­duisent dans la tôle du sta­tor, la tôle du rotor et les enroule­ments, mais aus­si dans les aimants per­ma­nents. Plus les pertes sont faibles dans le moteur élec­trique, plus son ren­de­ment est élevé. Pour plus de détails, voir la vidéo suivante. 

Vidéo sur les pertes des moteurs électriques

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Pertes ohmiques

Les pertes ohmiques se pro­duisent prin­ci­pale­ment dans les enroule­ments du sta­tor et dépen­dent de la résis­tance et du courant. Les pertes ohmiques peu­vent être divisées en pertes dépen­dant de la fréquence et en pertes indépen­dantes de la fréquence. Les pertes indépen­dantes de la fréquence dépen­dent des dimen­sions, c’est-à-dire de la longueur et de la sur­face de la sec­tion du fil, ain­si que du matéri­au, par exem­ple le cuiv­re. Une forte aug­men­ta­tion de la tem­péra­ture du moteur aug­mente égale­ment la résis­tance et donc les pertes. Il faut tou­jours veiller à ce que le moteur élec­trique soit bien refroi­di, sinon la tem­péra­ture des bobi­nages aug­mente rapi­de­ment. Les pertes ohmiques dépen­dant de la fréquence aug­mentent avec la fréquence, en rai­son de l’ef­fet de peau. L’ef­fet de peau réduit la sur­face à tra­vers laque­lle le courant peut cir­culer. Pour réduire cet effet, les fils d’un grand diamètre sont divisés en plusieurs fils séparés. Cepen­dant, la divi­sion en un trop grand nom­bre de fils aug­mente égale­ment la résis­tance en rai­son de l’ef­fet de prox­im­ité. Il n’est donc pas facile de trou­ver le meilleur nom­bre de fils par­al­lèles. Les moteurs à induc­tion ont égale­ment des pertes ohmiques élevées dans le rotor, ce qui fait que le rotor chauffe rapi­de­ment. Il est très dif­fi­cile d’é­vac­uer la chaleur du rotor, c’est pourquoi Tes­la utilise un refroidisse­ment liq­uide de l’ar­bre pour les moteurs à induction.

Pertes de fer

Les pertes dans le fer peu­vent être divisées en pertes par hys­téré­sis, pertes par courants de Fou­cault et pertes sup­plé­men­taires. Les pertes dans le fer sont indiquées par poids et dépen­dent de la fréquence et de la den­sité de flux max­i­male. Cela sig­ni­fie que plus le moteur tourne vite, plus les pertes dans le fer sont élevées. Et plus le moteur élec­trique est conçu pour être petit, moins il y a de place pour le flux mag­né­tique et plus la den­sité de flux est élevée. Les con­stantes de pro­por­tion­nal­ité C dépen­dent du matéri­au et de son traite­ment. Les pertes fer­reuses se pro­duisent prin­ci­pale­ment dans le sta­tor et le rotor, mais des pertes par courants de Fou­cault peu­vent égale­ment se pro­duire dans les aimants per­ma­nents. Les pertes dans les aimants sont générale­ment faibles, mais cri­tiques, car les aimants n’ont générale­ment pas une bonne résis­tance à la température. 
pertes par hystérésis
pertes par hystérésis

Pertes par hystérésis

Les matéri­aux mag­né­tiques sont divisés en de nom­breux petits domaines, qui ont tous une ori­en­ta­tion mag­né­tique dif­férente. Lorsque l’ori­en­ta­tion mag­né­tique des domaines change, des pertes se pro­duisent. Ces pertes de réaiman­ta­tion sont appelées pertes par hys­téré­sis, car le matéri­au subit une hys­téré­sis pen­dant l’aiman­ta­tion. Les pertes dépen­dent de la sur­face de l’hys­téré­sis du matéri­au qui est par­cou­rue lors de la réaiman­ta­tion. Pour main­tenir les pertes à un faible niveau, on utilise des matéri­aux mag­né­tiques doux tels que les tôles mag­né­tiques avec une petite courbe d’hystérésis. 

Pertes par courants de Foucault

Les courants de Fou­cault appa­rais­sent lorsque le flux mag­né­tique dans le sta­tor change. Les courants de Fou­cault génèrent des pertes dans le sta­tor et le réchauf­fent. Pour réduire les pertes, le sta­tor est divisé en tôles séparées et isolées les unes des autres. Cela per­met de réduire con­sid­érable­ment les pertes dues aux courants de Fou­cault. Plus les tôles sont fines, plus les pertes par courants de Fou­cault dans la tôle sont faibles. 

Pertes supplémentaires

Comme je l’ai déjà men­tion­né, les matéri­aux mag­né­tiques sont con­sti­tués de zones séparées par des parois. Une mod­i­fi­ca­tion du champ mag­né­tique peut provo­quer un déplace­ment des parois, ce qui entraîne des pertes. Ces pertes sont appelées pertes sup­plé­men­taires ou pertes en excès. 
pertes de fer equation
pertes de fer equation

Pertes de diffusion

Les pertes par dis­per­sion sont la dis­per­sion des élé­ments de con­struc­tion et des matéri­aux. Mais aus­si de la dis­per­sion dans le proces­sus de pro­duc­tion et de très petits écarts par rap­port à la con­struc­tion. Les pertes par dis­per­sion sont donc dif­fi­ciles à estimer et peu­vent s’élever à env­i­ron 1% pour les moteurs élec­triques en cas de charge de pointe. 

Pertes mécaniques

Les pertes mécaniques peu­vent être divisées en pertes par frot­te­ment et en pertes par ven­ti­la­tion. Les pertes par frot­te­ment dépen­dent de la vitesse de rota­tion et se pro­duisent par exem­ple dans les roule­ments. Afin de réduire au max­i­mum les pertes par frot­te­ment, les roule­ments doivent tou­jours être suff­isam­ment lubri­fiés. Les roule­ments ne doivent donc pas être trop chauds, sinon le lubri­fi­ant se volatilise. Des pertes par frot­te­ment se pro­duisent égale­ment au niveau des bal­ais des moteurs syn­chrones à exci­ta­tion séparée et des col­lecteurs des moteurs DC. Les pertes par ven­ti­la­tion se pro­duisent dans les moteurs élec­triques à rotors non cir­cu­laires et dépen­dent égale­ment de la vitesse de rota­tion. Par exem­ple, les moteurs SR ou les moteurs syn­chrones à exci­ta­tion séparée ont des rotors qui ne sont pas ronds. L’en­cap­su­la­tion du sta­tor et le ban­dage du rotor per­me­t­tent de réduire la ven­ti­la­tion. Si le matéri­au util­isé pour l’en­robage est appro­prié, la dis­si­pa­tion de la chaleur peut égale­ment être améliorée. La ven­ti­la­tion dans les moteurs élec­triques peut égale­ment être util­isée pour évac­uer la chaleur du cen­tre du moteur élec­trique. Cela per­met de mieux répar­tir la chaleur dans le moteur élec­trique et de réduire les points chauds. 

Organigramme de la puissance dissipée

La visu­al­i­sa­tion de la con­ver­sion de puis­sance des moteurs élec­triques et des généra­teurs est illus­trée à l’aide du dia­gramme de flux de puis­sance. Pour les moteurs élec­triques, le dia­gramme mon­tre la quan­tité de puis­sance élec­trique d’en­trée fournie et la quan­tité de puis­sance mécanique de sor­tie restante après déduc­tion de la puis­sance dis­sipée. Dans un généra­teur, le flux de la puis­sance dis­sipée s’in­verse. En d’autres ter­mes, si le frot­te­ment dans les roule­ments est trop impor­tant, il reste moins de puis­sance à con­ver­tir en puis­sance électrique.

puissance dissipée du moteur
puis­sance dis­sipée du moteur