Dans un monde où les ventilateurs sont essentiels pour l'alimentation en air à haute pression et le contrôle de la température, un fabricant a dû relever un défi de taille : améliorer la durée de vie, les performances et l'efficacité de ses ventilateurs.
Le fabricant rencontrait des problèmes avec ses moteurs existants, notamment en termes de longévité et d'efficacité limitée. Cela les a incités à rechercher une solution de moteur nouvelle et innovante à entraînement direct.
La solution consistait en un moteur de ventilateur à entraînement direct (PMSM) fabriqué sur mesure par Magnetic Innovations et une nouvelle conception de pale de ventilateur développée par le client. Cela a donné lieu à une conception et à une construction innovantes de l'entraînement. Le moteur à entraînement direct fournit le couple voulu sans nécessiter de boîte de vitesses et offre un meilleur rendement. En combinaison avec les pales du ventilateur, cela permet d'obtenir une efficacité globale nettement supérieure. De plus, le moteur ne pèse que 15 kg.
Haute
efficacité
Easy integration
Intégration facile par le client
Compact &
Moteur électrique
léger
Conception mécanique
robuste
Problème et approche
Les ventilateurs jouent un rôle crucial. En particulier pour les secteurs tels que l'industrie agricole, l'industrie de transformation, les centres de données, la production alimentaire, l'industrie pharmaceutique et d'autres secteurs où le flux d'air et le contrôle de la température sont cruciaux pour les processus opérationnels.
Le client, un important fabricant et fournisseur de ventilateurs, était confronté à un défi : trouver une nouvelle génération de moteurs d'entraînement capables d'atteindre le couple et la vitesse nécessaires pour que sa nouvelle génération de ventilateurs fonctionne de manière optimale. Sans nécessiter de réducteur, avec une durée de vie nettement plus longue et des coûts d'installation et de transport réduits.
Leurs moteurs actuels présentaient des défauts tels que l'usure accélérée des roulements du moteur, les coûts d'entretien des systèmes d'engrenage ou des courroies, les dysfonctionnements indésirables de l'électronique de commande intégrée et le faible rendement des moteurs asynchrones utilisés. Il en résultait une durée de vie limitée, une consommation d'énergie élevée et des coûts de maintenance et d'installation excessifs.
Les exigences pour le nouveau moteur de ventilateur à entraînement direct étaient les suivantes :
- Fournir le couple maximum requis de 32 Nm.
- Atteindre la vitesse maximale souhaitée de 1200 tr/min.
- Convenir pour l'accouplement direct avec des pales de ventilateur développées en interne.
- Positionnement dans le diamètre intérieur du ventilateur.
- Résoudre les problèmes de qualité des roulements de l'entraînement existant.
- Les ventilateurs doivent pouvoir être montés horizontalement ou verticalement.
- L'entraînement doit avoir un indice IP élevé dans toutes les positions.
Approche du projet
Après avoir discuté avec le client des goulets d'étranglement, nous avons entamé une enquête approfondie sur les causes des différents problèmes. Sur la base des résultats de la recherche, nous avons d'abord examiné la conception des systèmes de roulements. Pour cela, nous avons pris en compte les montages horizontaux et verticaux.
La conception du palier qui en résulte a été soigneusement adaptée aux propriétés de la charge du ventilateur et aux conditions de fonctionnement. Une étroite collaboration avec des fabricants de roulements renommés a permis d'aboutir à la conception actuelle des roulements.
Pour les performances du moteur, nous avons opté pour une configuration de moteur à rotor externe à flux radial. Le moteur est capable de fournir le couple souhaité de 32 Nm à la vitesse maximale spécifiée de 1200 tr/min, le tout dans une forme compacte.
Des modèles fonctionnels ont été utilisés pour vérifier que les accords de conception et les calculs correspondaient aux conditions réelles.
Des essais de contrôle ont été réalisés, à la fois en interne chez Magnetic Innovations sur un banc d'essai de moteur et chez le client dans une installation d'essai, qui ont permis de confirmer que toutes les exigences de conception avaient été respectées. D'autres essais sur le terrain ont été réalisés pour valider les performances du moteur de ventilateur à entraînement direct, dans diverses conditions, notamment un essai d'endurance dans un environnement contrôlé et un essai sur le terrain de 6 mois.
Les exigences fonctionnelles électriques et mécaniques ont été vérifiées, ainsi que l'utilisation dans diverses conditions environnementales et la résistance à l'utilisation de divers produits chimiques.
Résultats du projet
Un moteur de ventilateur à entraînement direct de 4 kW 1200 tr/min. a été développé pour fournir le couple requis de 32 Nm, tout en étant également léger avec une masse de 15 kg. La conception du moteur est optimisée pour obtenir un rendement élevé en adaptant les caractéristiques de la charge du ventilateur à la tension de commande disponible.
Le développement du moteur de ventilateur PMSM visait à résoudre les différents problèmes posés par les anciens moteurs utilisés pour entraîner les ventilateurs. Le nouveau moteur sur mesure a non seulement résolu les problèmes rencontrés avec le moteur précédent, mais il a également apporté plusieurs améliorations et avantages.
- Compact et efficace :
Avec une taille compacte de seulement Ø261mm x 150mm, le moteur sur mesure est non seulement beaucoup plus petit que ses prédécesseurs, mais il offre également une efficacité accrue. Grâce à sa compacité, le moteur n'occupe plus d'espace inutile sur le dessus du ventilateur, ce qui améliore le flux d'air et minimise les blocages. Il en résulte une plus grande efficacité des pales du ventilateur. - Conception mécanique robuste :
La conception du moteur est robuste, ce qui se traduit par une durée de vie prolongée. En évitant les pièces mobiles, le moteur ne nécessite pratiquement pas d'entretien, ce qui augmente la fiabilité et réduit les coûts de maintenance. - Installation facile :
L'interface de montage simple facilite l'installation du moteur. En outre, un capteur de température intégré permet une surveillance et un contrôle actifs, ce qui permet un suivi étroit des performances. - Classe d'efficacité énergétique plus élevée :
Avec une puissance de 4 kW, le moteur offre des performances puissantes tout en permettant d'importantes économies d'énergie. Le moteur est conforme à la classe d'efficacité énergétique IE5 (IEC60034-30-2). Avec une faible empreinte carbone, le nouveau moteur contribue à une approche plus durable, qui devient de plus en plus importante dans les industries modernes. Cela favorise non seulement l'efficacité opérationnelle, mais aussi la sensibilisation à l'environnement. - Polyvalence :
Le nouveau moteur a été conçu dans un souci de polyvalence. Il peut être monté horizontalement ou verticalement et est compatible avec les contrôleurs de moteurs triphasés sans capteur standard de l'industrie. Ce moteur convient donc à diverses applications dans des secteurs tels que l'agriculture, les systèmes de CVC et HVLS.
Industrie / applications
L'entraînement est adapté aux unités de ventilation dans l'industrie agricole et l'industrie des équipements. Il est également possible d'utiliser cet entraînement comme générateur dans les applications d'énergie renouvelable.
Spécifications
L'entraînement se caractérise par les chiffres clés suivants :
- Couple de 32 Nm en prise directe.
- Puissance de 4 kW avec un rendement de 89,5 %.
- Entraînement direct réglable à 1200 tr/min.
- Boîtier léger et compact.
- IP 65, ce qui permet au moteur de fonctionner dans un environnement extérieur sans équipement de protection supplémentaire.
- Installation électrique rapide dans l'application finale grâce aux connecteurs de raccordement.
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