I. Différences fondamentales : des principes de fonctionnement aux caractéristiques clés

1. Relation de vitesse : la définition essentielle du synchronisme et de l'asynchronisme

• Moteurs synchronesLa vitesse du rotor (n) est exactement égale à la vitesse synchrone (n₀) (c'est-à-dire que n = n₀). Le rotor nécessite une source d'excitation supplémentaire (comme des aimants permanents ou un enroulement d'excitation alimenté en courant continu) pour générer un champ magnétique fixe, qui suit de manière synchrone la rotation du champ magnétique tournant du stator. Il n'existe pas de rapport de glissement (s = (n₀ – n)/n₀ = 0).
• moteurs asynchronesLa vitesse du rotor (n) est toujours inférieure à la vitesse synchrone (n₀) (c'est-à-dire n

2. Structure et performance : manifestations spécifiques des différences étendues

• Complexité structurelleLes moteurs synchrones présentent une structure plus complexe et des coûts de fabrication plus élevés en raison de la nécessité de dispositifs d'excitation (tels que des aimants permanents, des bobinages d'excitation ou des bagues collectrices). En revanche, les moteurs asynchrones possèdent un rotor composé uniquement de bobinages en aluminium moulé ou en cuivre, sans composants d'excitation, ce qui se traduit par une structure simple, un faible coût et une maintenance facilitée.
• Efficacité et facteur de puissanceEn ajustant le courant d'excitation, les moteurs synchrones peuvent atteindre un facteur de puissance de 1, voire un facteur d'avance, ce qui contribue à améliorer le facteur de puissance du réseau électrique. Leur rendement est également supérieur à charge nominale (généralement 3 à 5 % supérieur à celui des moteurs asynchrones de même puissance). Cependant, les moteurs asynchrones présentent toujours un facteur de puissance retardé (généralement 0,7 à 0,9) et leur rendement chute significativement sous faible charge (par exemple, à 30 % de charge, le rendement n'est que d'environ 50 % de celui sous charge nominale).
• Caractéristiques de régulation de vitesseLa vitesse des moteurs synchrones est strictement liée à la fréquence et ne peut être ajustée que par conversion de fréquence, ce qui entraîne une plage de régulation relativement étroite (généralement dépendante d'un contrôle de conversion de fréquence de haute précision). La vitesse des moteurs asynchrones peut être régulée par variation de tension, conversion de fréquence et autres méthodes ; leur technologie de régulation de vitesse est mature et adaptée aux applications de régulation de vitesse de précision moyenne à faible.

II. Sélection des applications : adéquation des caractéristiques aux exigences du scénario

1. Moteurs synchrones : adaptés aux scénarios de haute précision et de forte demande

• Scénarios de contrôle de vitesse de haute précisionLes applications telles que les broches de filage des machines textiles et les arbres principaux des machines-outils de précision nécessitent une vitesse constante (sans fluctuation). La vitesse des moteurs synchrones est strictement synchronisée avec la fréquence et, grâce au contrôle de la conversion de fréquence, la précision de la vitesse peut atteindre ± 0,1 %, ce qui évite les dérives de vitesse dues au glissement des moteurs asynchrones et garantit l'uniformité du fil et la précision d'usinage des machines-outils.
• Scénarios à haute puissance et à haut rendement énergétique: Les turbogénérateurs des grandes centrales thermiques et les compresseurs industriels (généralement d'une puissance ≥ 1 000 kW) en sont des exemples. Les moteurs synchrones offrent un rendement élevé et des facteurs de puissance ajustables. Pour un compresseur de 1 000 kW, par exemple, un moteur synchrone consomme environ 120 000 kWh d'électricité de moins par an (calculé sur la base de 8 000 heures de fonctionnement par an et d'une différence de rendement de 1,5 %) qu'un moteur asynchrone. De plus, ils peuvent compenser le retard de puissance réactive sur le réseau électrique, réduisant ainsi les pertes.
• Scénarios spéciaux à basse vitesseLes grands générateurs hydroélectriques (dont la vitesse est généralement inférieure à 100 tr/min) entrent dans cette catégorie. Les moteurs synchrones peuvent réduire leur vitesse de synchronisme en augmentant le nombre de paires de pôles (par exemple, p = 30) sans nécessiter de réducteurs de vitesse supplémentaires. En revanche, les moteurs asynchrones présentent un taux de glissement considérablement accru à basse vitesse, ce qui entraîne un rendement extrêmement faible et nécessite des mécanismes de réduction de vitesse complexes, ce qui augmente les coûts et les risques de panne.

2. Moteurs asynchrones : adaptés aux scénarios à usage général et à faible coût

• Scénarios d'entraînement général de moyenne et faible puissanceIl s'agit notamment des compresseurs de climatisation domestiques et des moteurs de convoyeurs industriels (généralement d'une puissance inférieure à 100 kW). Ces scénarios exigent peu de précision de vitesse (autorisant une fluctuation de vitesse de ± 1 %). Les moteurs asynchrones ont une structure simple, coûtent seulement 60 à 70 % de celui des moteurs synchrones de même puissance et sont faciles à entretenir (absence d'usure des composants d'excitation), ce qui leur permet de répondre aux besoins d'entraînement de base.
• Scénarios de démarrage fréquent et de charge variableLes applications courantes sont les machines de traction d'ascenseurs et les ventilateurs de petite et moyenne taille (nécessitant des démarrages-arrêts fréquents ou des fluctuations de charge). Les moteurs asynchrones présentent un couple de démarrage modéré (généralement 1,5 à 2 fois le couple nominal) et leur courant de démarrage peut être contrôlé par des démarreurs progressifs, ce qui les rend adaptés aux cycles de démarrage-arrêt fréquents. Les moteurs synchrones, en revanche, nécessitent des dispositifs supplémentaires (tels que des enroulements d'amortissement) pour pallier la perte de synchronisation au démarrage, ce qui complexifie le contrôle du démarrage et les rend inadaptés aux scénarios de démarrage-arrêt fréquents.
• Scénarios à faible coût et à maintenance facileLes pompes d'irrigation agricoles et les petites machines-outils (avec des budgets limités et des conditions de maintenance simples) en font partie. Les moteurs asynchrones ne comportent aucun composant vulnérable, comme les bagues collectrices ou les bobinages d'excitation, et présentent un temps moyen entre pannes (MTBF) supérieur à 20 000 heures. En revanche, les moteurs synchrones sont confrontés à des problèmes tels que le vieillissement des aimants permanents et les pannes des bobinages d'excitation, qui nécessitent une maintenance professionnelle et augmentent les coûts à long terme.

III. Conclusion : Principes fondamentaux de la logique de sélection