Le fonctionnement d'un moteur repose sur la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique, et des pertes sont inévitables lors de ce processus. La grande majorité de ces pertes sont converties en chaleur, ce qui augmente la température de fonctionnement des enroulements, du noyau de fer et des autres composants du moteur.
Les problèmes de surchauffe des moteurs sont fréquents lors des phases de recherche et développement et de production de nouveaux produits. Mme Shen a également constaté à de nombreuses reprises que la température des moteurs augmentait par paliers et qu'il était difficile de stabiliser cette augmentation lors des essais de type. Face à ce constat, elle est intervenue aujourd'hui pour aborder brièvement les méthodes de refroidissement, la ventilation et la dissipation thermique des moteurs, analyser la structure de ventilation et de refroidissement de différents modèles et proposer des techniques de conception permettant d'éviter leur surchauffe.
Étant donné que le matériau isolant utilisé dans le moteur a une limite de température, le refroidissement du moteur a pour but de dissiper la chaleur générée par les pertes internes du moteur, afin que l'élévation de température de chaque partie du moteur soit maintenue dans la plage spécifiée par la norme et que la température interne soit uniforme.
Le moteur utilise généralement un gaz ou un liquide comme fluide de refroidissement, les plus courants étant l'air et l'eau ; on parle alors de refroidissement par air ou par eau. Le refroidissement par air est couramment utilisé pour le refroidissement en circuit fermé et le refroidissement en circuit ouvert ; le refroidissement par eau est fréquent, notamment pour le refroidissement par chemise d'eau et le refroidissement par échangeur de chaleur.
La norme relative aux moteurs à courant alternatif IEC60034-6 spécifie et explique la méthode de refroidissement du moteur, représentée par le code IC :
Code de méthode de refroidissement = Code d'agencement du circuit intégré + Code du fluide de refroidissement + Code de méthode de refroidissement par poussée
1. Méthodes de refroidissement courantes
1. IC01 Refroidissement naturel (refroidissement de surface)
Par exemple, les servomoteurs compacts Siemens 1FK7/1FT7. Remarque : la température de surface de ce type de moteur est élevée, ce qui peut affecter les équipements et matériaux environnants. Par conséquent, dans certaines applications industrielles, il convient de prendre des mesures pour limiter l’impact négatif de la température du moteur, notamment par une installation adaptée et un déclassement modéré.
2. Refroidissement par ventilateur intégré IC411 (auto-refroidissement)
Le circuit intégré IC411 assure le refroidissement en déplaçant l'air grâce à la rotation du moteur lui-même, et la vitesse de déplacement de l'air est liée à la vitesse du moteur.
3. Refroidissement par ventilateur forcé IC416 (refroidissement forcé ou refroidissement par ventilateur indépendant)
Le circuit intégré IC416 contient un ventilateur à entraînement indépendant, ce qui garantit un volume d'air constant quelle que soit la vitesse du moteur.
Les méthodes de refroidissement IC411 et IC416 sont souvent utilisées pour les moteurs asynchrones à courant alternatif basse tension, et la dissipation de la chaleur est obtenue en soufflant sur les ailettes de refroidissement à la surface du moteur à l'aide d'un ventilateur.
4. Refroidissement par eau
La chaleur générée par les importantes pertes du moteur est dissipée à travers sa surface dans l'air ambiant. Lorsque le moteur fonctionne dans certaines conditions, afin d'éviter une forte élévation de température de ses différentes parties, des canaux ou des tuyaux spéciaux remplis d'eau sont parfois présents dans la partie la plus chaude du moteur. L'air circulant à l'intérieur du moteur transfère la chaleur interne vers la surface refroidie par eau.
5. Refroidissement à l'hydrogène
Dans les machines électriques à grande vitesse, telles que les turbogénérateurs, on utilise le refroidissement à l'hydrogène. Dans un système fermé, l'hydrogène gazeux, à une pression supérieure de quelques pourcents à la pression atmosphérique, est mis en circulation par le ventilateur intégré, puis traverse successivement la partie génératrice de chaleur du moteur et le refroidisseur tubulaire à eau.
6. Refroidissement par huile
Dans certains moteurs, les pièces fixes, et même les pièces rotatives, sont refroidies par de l'huile qui circule à l'intérieur du moteur et à travers des refroidisseurs placés à l'extérieur du moteur.
2. Classification des moteurs selon leur méthode de refroidissement
(1) Le moteur à refroidissement naturel n'utilise pas de méthodes spéciales pour refroidir les différentes parties du moteur et ne compte que sur la rotation du rotor lui-même pour entraîner l'air.
(2) La partie chauffante du moteur autoventilé est refroidie par un ventilateur intégré ou un dispositif spécial fixé à la partie rotative du moteur.
(3) Moteur à ventilation externe (moteur refroidi par soufflage) La surface extérieure du moteur est refroidie par le vent généré par le ventilateur monté sur l'arbre du moteur, et l'air extérieur ne peut pas entrer dans la partie chauffante à l'intérieur du moteur.
(4) La circulation du fluide de refroidissement du moteur avec des équipements de refroidissement supplémentaires est générée par des dispositifs spéciaux à l'extérieur du moteur, tels que des armoires de refroidissement à eau, des armoires de refroidissement à air et des ventilateurs à courants de Foucault centrifuges.
Date de publication : 24 octobre 2023