La technologie des moteurs à réluctance synchrone (SynRM) s’est imposée comme une solution de pointe pour l’efficacité IE5 Ultra-Premium. Grâce à l’élargissement de sa gamme de puissance et à l’introduction de fonctionnalités de sécurité et de refroidissement liquide, cette technologie sans aimant couvre désormais la quasi-totalité des besoins des applications industrielles, de 0,75 kW à 450 kW. Le point sur la technologie, avec pour exemple les moteurs ABB.

Les moteurs électriques industriels sont un domaine d’intervention clé pour stimuler la productivité et accélérer l’effort mondial en faveur du “Net Zero”. Pour une entreprise industrielle, environ deux tiers de sa consommation d’électricité sont liés à l’alimentation des moteurs, des pompes, des ventilateurs et des compresseurs. Si les quelque 300 millions de systèmes industriels à moteur électrique en service aujourd’hui étaient remplacés par des versions optimisées à haut rendement, la consommation mondiale d’électricité pourrait se réduire de 10%.

Les moteurs basse tension SynRM sont devenus une technologie essentielle pour améliorer l’efficacité énergétique des équipements industriels, tels que les pompes, les ventilateurs et les compresseurs. S’utilisant toujours avec un variateur de vitesse (VSD), le contrôle de la vitesse conduit généralement à des économies d’énergies supplémentaires de 25%, voire plus dans certaines applications à couple variable. Les moteurs SynRM IE5 n’ont pas besoin d’être surdimensionnés pour obtenir un meilleur rendement et remplacent les moteurs à induction IE3 standard, ce qui facilite grandement la mise à niveau.

SynRM : la performance magnétique sans terres rares

Extérieurement, un moteur SynRM ressemble beaucoup à un moteur à induction traditionnel, même son stator (la partie non mobile) est similaire. L’innovation majeure réside dans le rotor. Ce rotor est constitué de couches de fer laminées qui forment une construction légère mais solide permettant au magnétisme de circuler à travers elle. La forme est précisément conçue pour guider la réluctance magnétique à l’intérieur du rotor, ce qui confère un déplacement à la même vitesse que le flux magnétique, de manière synchrone, d’où le nom de moteur à réluctance synchrone.

Les moteurs SynRM combinent ainsi les performances élevées des moteurs à aimant permanent (PM) avec la simplicité et la facilité d’entretien des moteurs à induction. Le rotor n’a pas d’aimants (et donc pas de terres rares) ni d’enroulements, et ne subit pratiquement aucune perte de puissance. Comme le rotor ne contient pas de forces magnétiques, l’entretien est aussi aisé que pour les moteurs à induction.

Avantages pratiques et coût total de possession (TCO)

Un moteur SynRM présente des températures de bobinage jusqu’à 30°C inférieures et des températures de roulement jusqu’à 15°C inférieures à celles d’un moteur à induction. Cet abaissement des températures est critique, car les défaillances des roulements sont à l’origine d’environ 70% des pannes de moteurs non planifiées. La fiabilité accrue et la réduction des besoins de maintenance se traduisent par une diminution du coût total de possession (TCO). Sur la durée de vie totale d’un moteur SynRM (souvent 20 ans ou plus), le coût de l’électricité représente 97% de son TCO, la maintenance 1% et l’achat initial seulement 2%. Un rendement énergétique supérieur est donc rapidement amorti.

Les chiffres parlent d’eux-mêmes : pour un système d’entraînement de 110 kW, 1500 tr/min, en service pompe ou ventilateur, le rendement de l’ensemble avec un moteur SynRM IE5 est de 94,2%, contre 92,5% pour un moteur à induction IE3. Cet écart d’efficacité peut atteindre 6 à 7% à charge partielle. Pour une installation de 90 kW fonctionnant à 75% de puissance moyenne, l’ensemble IE5 SynRM permet l’économie de 1 330 euros par an par rapport au moteur IE3 (pour un coût énergétique de 0,10 euro/kWh), avec un retour sur investissement de seulement 15 mois. Parallèlement, cela réduit les émissions de CO2 de 95 760 kg sur 20 ans.

Haute densité de puissance et extension de la gamme

Outre l’efficacité énergétique, la conception compacte des moteurs SynRM offre une densité de puissance élevée. Cela signifie qu’un moteur SynRM peut représenter jusqu’à trois tailles de châssis plus petites qu’un moteur conventionnel pour la même puissance. Cet avantage se traduit par deux scénarios pour les clients :

• Même puissance, moteur plus petit : Les machines conçues peuvent être plus compactes, plus légères et plus rentables, augmentant leur polyvalence dans les environnements industriels contraints par l’espace.
• Même taille, plus grande puissance : La densité de puissance élevée peut être exploitée pour augmenter la capacité de la machine sans modifier l’installation du moteur. Un SynRM fournit jusqu’à deux fois le rendement d’un moteur à induction de même taille.

Historiquement, un des défis de la gamme IE5 SynRM était que le plus petit moteur disponible démarrait à 5,5 kW. Les moteurs plus petits, souvent déployés en grandes quantités, nécessitent pourtant un contrôle précis et un rendement élevé sous charge partielle. Pour combler cette lacune, le développement s’est concentré sur trois tailles de cadres plus petits : 90, 100 et 112, couvrant des applications jusqu’à 0,75 kW. L’extension concerne également la puissance, puisque la gamme 3000/3600 tr/min est étendue de 90 kW à 450 kW.

Solutions pour environnements exigeants : zones dangereuses et refroidissement liquide

Jusqu’à récemment, les avantages des moteurs SynRM étaient limités aux atmosphères non explosives. Or, des atmosphères potentiellement explosives existent dans de nombreuses industries (chimie, agroalimentaire, pétrole et gaz). ABB a été le premier fabricant au monde à proposer des moteurs à sécurité accrue SynRM IE5 certifiés conformes aux exigences ATEX et IECEx. Dans la Zone 1, par exemple, la conception plus froide facilite l’utilisation d’un moteur à sécurité accrue, souvent plus rentable qu’un moteur antidéflagrant traditionnel.

Pour les applications demandant une puissance élevée dans un espace restreint et un fonctionnement silencieux, les moteurs refroidis par liquide sont une solution. La première gamme complète au monde de moteurs IE5 SynRM refroidis par liquide de 37 kW à 710 kW a été développée. L’ajout d’un refroidissement liquide favorise l’obtention d’une densité de puissance élevée sans augmentation de la taille. Un avantage majeur de ces moteurs est qu’ils ne requièrent ni ventilateurs ni ventilation pour le refroidissement, et ne perturbent pas l’air ambiant. Cela est essentiel pour des processus influencés par le flux d’air, comme la production de plastique, ou dans les applications alimentaires (machines à conche de chocolat).

Le moteur SynRM fait ses preuves sur le terrain. Chez Netzsch-Feinmahltechnik, un fabricant de moulins pour la confiserie, l’équipement d’un broyeur à billes avec un moteur SynRM IE5 de 75 kW a permis d’obtenir des économies d’énergie allant jusqu’à 7% par rapport à un moteur à induction IE3. Aux Pays-Bas, Evides Waterbedrijf a estimé que les économies d’énergie réalisées dans une station de pompage étaient d’environ 20% par rapport aux anciens moteurs à induction.

La technologie SynRM est devenue la référence vers laquelle l’industrie avance, rendant désormais l’efficacité énergétique la plus élevée accessible à la quasi-totalité des moteurs industriels, quelle que soit leur taille.

Pour comprendre les Moteurs à reluctance synchrone (SynRM), ce principe ancien qui se déploie rapidement, rendez-vous sur notre article déjà publié