L'efficacité d'un moteur électrique dans un propulseur azimutal est un facteur critique qui a un impact significatif sur les performances globales et les coûts opérationnels des navires. En tant que fournisseur leader de propulseurs azimutaux à moteur électrique, nous comprenons l'importance de la façon dont l'efficacité du moteur varie en fonction des différentes conditions de fonctionnement. Dans ce blog, nous examinerons les facteurs clés qui influencent l’efficacité du moteur et la manière dont ils évoluent selon différents scénarios.
Comprendre les propulseurs d'azimut à moteur électrique
Les propulseurs azimutaux à moteur électrique sont des systèmes de propulsion avancés qui offrent une grande maniabilité aux navires. Ils se composent d’un moteur électrique qui entraîne une hélice et l’ensemble de l’unité peut tourner à 360 degrés autour d’un axe vertical. Cela permet un contrôle précis de la direction de poussée, ce qui est essentiel pour des tâches telles que l'amarrage, le positionnement dynamique et la navigation dans des eaux confinées.
L’efficacité du moteur électrique d’un propulseur azimutal est définie comme le rapport entre la puissance mécanique utile et la puissance électrique absorbée. Un rendement plus élevé signifie que moins d’énergie est gaspillée sous forme de chaleur, ce qui entraîne une baisse des coûts d’exploitation et un impact environnemental réduit.
Facteurs affectant l'efficacité du moteur
Variation de charge
L'un des facteurs les plus importants affectant l'efficacité du moteur est la charge sur le moteur. Dans un propulseur azimutal, la charge peut varier en fonction de la vitesse du navire, des conditions de mer et de la poussée requise. Lorsque le moteur fonctionne à sa charge nominale, il atteint généralement son efficacité maximale. Cependant, à mesure que la charge diminue, l’efficacité diminue également.
À faibles charges, les pertes fixes dans le moteur, telles que les pertes dans le noyau et les pertes par frottement, représentent une proportion plus importante de la puissance totale absorbée. Ces pertes restent relativement constantes quelle que soit la charge, de sorte que, à mesure que la charge diminue, le rapport entre la puissance utile et la puissance totale absorbée diminue, ce qui entraîne une baisse du rendement.
Par exemple, si un navire navigue à basse vitesse, le propulseur azimutal peut fonctionner à une fraction de sa charge nominale. Dans ce cas, le rendement du moteur sera inférieur à celui du navire fonctionnant à pleine vitesse et le moteur étant plus proche de sa charge nominale.
Variation de vitesse
La vitesse du moteur électrique a également un impact significatif sur son efficacité. La plupart des moteurs électriques sont conçus pour fonctionner à une vitesse spécifique, appelée vitesse nominale, à laquelle ils atteignent une efficacité optimale. Lorsque le moteur fonctionne à des vitesses supérieures ou inférieures à la vitesse nominale, son efficacité peut diminuer.
À des vitesses élevées, l’augmentation des pertes au vent et des pertes par courants de Foucault dans le moteur peut réduire l’efficacité. Les pertes par dérive se produisent en raison du frottement entre les pièces rotatives du moteur et l'air ambiant, tandis que les pertes par courants de Foucault sont causées par les courants induits dans les conducteurs du moteur. Ces pertes augmentent avec le carré de la vitesse, donc à mesure que la vitesse augmente, le rendement diminue.
À l’inverse, à basse vitesse, le moteur peut rencontrer des problèmes tels qu’une mauvaise production de couple et un glissement accru, ce qui peut également entraîner une baisse du rendement. Le glissement est la différence entre la vitesse synchrone du moteur et sa vitesse réelle, et il augmente à mesure que la charge sur le moteur augmente ou que la vitesse diminue.
Température
La température est un autre facteur important qui affecte l’efficacité du moteur. À mesure que la température du moteur augmente, la résistance des enroulements du moteur augmente également. Cela entraîne des pertes de cuivre plus élevées, proportionnelles au carré du courant circulant dans les enroulements.
De plus, les températures élevées peuvent également affecter les propriétés magnétiques du noyau du moteur, entraînant une augmentation des pertes dans le noyau. Ces pertes peuvent réduire davantage le rendement du moteur. Pour maintenir une efficacité optimale, il est essentiel d’assurer un bon refroidissement du moteur afin de maintenir la température dans la plage recommandée.
Qualité de l'énergie
La qualité de l’énergie électrique fournie au moteur peut également avoir un impact sur son efficacité. Les fluctuations de tension, les harmoniques et la puissance déséquilibrée peuvent tous entraîner des pertes supplémentaires dans le moteur, réduisant ainsi son efficacité.
Les fluctuations de tension peuvent amener le moteur à consommer plus de courant que nécessaire, ce qui entraîne une augmentation des pertes de cuivre. Les harmoniques, qui sont des fréquences indésirables dans l'alimentation électrique, peuvent provoquer des pertes supplémentaires dans les enroulements et le noyau du moteur. Une puissance déséquilibrée, dans laquelle les tensions dans les trois phases d'un moteur triphasé ne sont pas égales, peut également entraîner une augmentation des pertes et une réduction du rendement.
Modifications de l'efficacité dans différentes conditions de fonctionnement
Amarrage et manœuvres
Pendant les opérations d'accostage et de manœuvre, le propulseur azimutal doit fournir des niveaux de poussée élevés à basse vitesse. Cela signifie que le moteur fonctionne à une charge relativement élevée mais à une vitesse faible. Comme mentionné précédemment, le fonctionnement à basse vitesse peut réduire l'efficacité du moteur en raison d'un glissement accru et d'autres pertes.
De plus, les changements fréquents de direction de poussée lors de l'accostage et des manœuvres peuvent également entraîner des pertes supplémentaires dans le moteur. Le moteur doit accélérer et décélérer rapidement, ce qui nécessite de l'énergie supplémentaire et peut entraîner une usure accrue du moteur.
Croisière
Lorsqu'un navire navigue à vitesse constante, le propulseur azimutal fonctionne dans des conditions plus stables. Le moteur fonctionne généralement à une charge et une vitesse relativement constantes, ce qui lui permet d'atteindre une efficacité supérieure par rapport aux opérations d'amarrage et de manœuvre.
Cependant, les conditions de mer peuvent encore affecter l’efficacité du moteur pendant la croisière. Par exemple, si le navire navigue contre des vents ou des courants forts, le propulseur azimutal devra peut-être fournir plus de poussée, ce qui peut augmenter la charge sur le moteur et potentiellement réduire son efficacité.
Positionnement dynamique
Le positionnement dynamique est une technique utilisée pour maintenir un navire dans une position fixe ou suivre une trajectoire prédéterminée sans utiliser d'ancres. Dans les systèmes de positionnement dynamique, le propulseur azimutal ajuste constamment la poussée et la direction pour contrecarrer les forces externes agissant sur le navire.
Cela nécessite que le moteur fonctionne sous des charges et des vitesses variables, ce qui peut affecter considérablement son efficacité. Les changements fréquents de charge et de vitesse peuvent amener le moteur à fonctionner hors de son point de fonctionnement optimal, entraînant une baisse du rendement.
Stratégies pour améliorer l’efficacité du moteur
Dimensionnement approprié
L’un des moyens les plus efficaces d’améliorer l’efficacité du moteur consiste à dimensionner correctement le moteur pour l’application. Un moteur trop gros pour la charge requise fonctionnera la plupart du temps à faible charge, ce qui entraînera une efficacité moindre. D’un autre côté, un moteur trop petit sera surchargé, ce qui peut également réduire l’efficacité et entraîner une panne prématurée du moteur.
En calculant avec précision la charge et la vitesse requises pour le propulseur azimutal, nous pouvons sélectionner un moteur correctement dimensionné pour fonctionner à ou près de sa charge et de sa vitesse nominales, maximisant ainsi son efficacité.
Entraînements à fréquence variable (VFD)
Les variateurs de fréquence sont des dispositifs électroniques qui peuvent contrôler la vitesse et le couple d'un moteur électrique en faisant varier la fréquence et la tension de l'énergie électrique fournie au moteur. En utilisant un VFD, le moteur peut fonctionner à différentes vitesses et charges tout en conservant un rendement élevé.
Un VFD permet au moteur de fonctionner à la vitesse optimale pour la charge requise, réduisant ainsi les pertes associées aux variations de vitesse et de charge. Il peut également fournir des capacités de démarrage et d'arrêt en douceur, ce qui peut réduire la contrainte mécanique sur le moteur et améliorer son efficacité globale.
Entretien régulier
Un entretien régulier est essentiel pour garantir les performances et l’efficacité optimales du moteur électrique d’un propulseur azimutal. Cela comprend la vérification de la résistance d'isolation du moteur, la lubrification des roulements et le nettoyage du système de refroidissement du moteur.
En maintenant le moteur en bon état, nous pouvons réduire les pertes causées par le frottement, l'usure et la surchauffe, ce qui peut améliorer l'efficacité du moteur et prolonger sa durée de vie.
Conclusion
L'efficacité d'un moteur électrique dans un propulseur azimutal est influencée par plusieurs facteurs, notamment la variation de charge, la variation de vitesse, la température et la qualité de l'énergie. Comprendre comment ces facteurs affectent l'efficacité du moteur dans différentes conditions de fonctionnement est crucial pour optimiser les performances du propulseur azimutal et réduire les coûts d'exploitation.
En tant que fournisseur de propulseurs azimutaux à moteur électrique, nous nous engageons à fournir à nos clients des produits de haute qualité offrant une excellente efficacité et fiabilité. NotrePropulseur azimutal monté sur pont approuvé RMRS,Propulseur d'azimut marin bien monté, etPropulseur azimutal Crp entraîné par moteur électriquesont conçus pour répondre aux divers besoins de l'industrie maritime et offrir des performances optimales dans diverses conditions d'exploitation.
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Références
- Chapman, SJ (2012). Fondamentaux des machines électriques. McGraw - Éducation sur les collines.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C. et Umans, SD (2003). Machines électriques. McGraw - Éducation sur les collines.
- Krause, PC, Wasynczuk, O. et Sudhoff, SD (2013). Analyse des machines électriques et des systèmes d'entraînement. Wiley.
