Réchauffement et refroidissement des moteurs de taille moyenne

Le segment de puissance moyenne est utilisé à la fois dans l’industrie et automatisation ainsi que dans la chaîne cinématique pour l'électromobilité. Les moteurs asynchrones sont utilisés ainsi que moteurs synchrones avec aimants permanents. Cette classe de puissance représente le plus gros chiffre d’affaire et la plus belle croissance.

Moteur à cage d'écureuil avec son convertisseur de vitesses
Moteur à cage d'écureuil avec son convertisseur de vitesses

Méthodes de refroidissement

Les nouvelles normes d'efficacité énergétique et la volonté d’augmenter la densité de courant sans dépassement des températures maximales obligent d’améliorer sans cesse la ventilation des nouvelles machines.

Au XIX siècle, l'utilisation des machines était si faible, que les surfaces extérieures suffisaient pour évacuer les pertes de chaleur. Pour les petites machines c'est toujours le cas. Les ailettes de refroidissement augmentent la surface et améliorent ainsi le transfert de chaleur par convection sur les surfaces du boîtier. Les moteurs de taille moyenne nécessitent un refroidissement actif, qui peut être mis en œuvre avec un ventilateur ou une chemise d'eau.

Mesure de températures

Les mesures sont faciles à réaliser par rapport à des machines plus grandes. Par conséquent, il y a souvent beaucoup de mesures de température disponibles, ce qui permet de valider les résultats de calcul. La principale imprécision du calcul de la température est souvent l'imprécision dus aux pertes de fer et pertes d'aimants.

Circuit d'eau de type chemise

Si le stator est refroidi avec une chemise d'eau, la densité de courant peut être doublée à faibles vitesses de rotation et faibles pertes de fer et triplée à des vitesses élevées et des pertes de fer élevées. Pour les moteurs avec aimants dans le rotor, la surveillance thermique n'est plus limitée à l'isolation de l'enroulement du stator, mais aussi aux aimants. Une détermination précise des pertes de l'aimant est ici très importante.

Cycles de conduite

Les cycles de conduite prédéfinis définissent les conditions aux limites et les séquences de vitesse. Le moteur principal d'une voiture électrique et tous les moteurs auxiliaires doivent être capables de conduire leurs propres cycles de conduite sans dommages causés par la température. Le moteur démarre à froid, il produit de la chaleur, qui s'écoule d'abord dans les capacités thermiques des composants, puis dans le fluide de refroidissement et l'environnement. Si les composants ont une capacité thermique élevée, ils se réchaufferont lentement et se refroidiront lentement.

Si la phase de préchauffage est courte, une densité de courant nettement plus élevée peut circuler que si le moteur est en fonctionnement continu. L'image suivante montre les températures maximales des enroulements du stator d'un moteur à aimants permanents. Les deux courbes bleues pour un fonctionnement continu avec 24,3 A; les deux courbes rose-rouge pour 3000 secondes de chauffage suivies de 1000 secondes de refroidissement à 26 A et les courbes violettes pour 1000 secondes de chauffage suivies de 3000 secondes de refroidissement à 44A.

Températures des bobines du stator pour un fonctionnement continu en comparaison avec divers cycles de conduite. Températures des bobines du stator pour un fonctionnement continu en comparaison avec divers cycles de conduite.