Elektrische Antriebe

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L'entraînement électrique est un système

La réalisation d’un entraînement par moteur électrique nécessite toujours, quelle que soit l’application, plusieurs types de composants :

  • L’organe qui va produire l’effet utile : une pompe, un ventilateur, un compresseur, des roues ou rouleaux d’entraînement…
  • Une transmission mécanique (engrenages, poulie, chaîne…)
  • Un moteur électrique (asynchrone, synchrone ou à courant continu)
  • Un circuit de commande (à démarrage direct, étoile-triangle, par variation de vitesse)

Vu l’utilisation très répandue des systèmes motorisés dans l’industrie pour une grande variété de besoins (machines, transport, ventilation et pompage, compression et production de froid…), une attention particulière mérite d’être portée à leur efficacité énergétique.

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Nécessité d’obtenir un fonctionnement efficace en énergie

Le seul coût d’achat du moteur n’est certainement pas le meilleur critère de choix à appliquer, car ce coût n’intervient que pour 5 à 20% du coût total d’une l’installation sur l’ensemble de sa durée de vie. La consommation énergétique, au contraire, peut atteindre une part très importante (jusqu’à 90%) pour les moteurs de puissance élevée et présentant un profil d’utilisation intensif.

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En pratique : des mesures d'amélioration techniques

La mise en œuvre d’un variateur de vitesse

Lorsque la demande de vitesse est fluctuante, l’installation d’un variateur est recommandée afin d’ajuster précisément la vitesse de rotation aux besoins et économiser de l’énergie par rapport à une situation à pleine vitesse permanente.

Des exemples pertinents se rencontrent dans les domaines du pompage ou de la ventilation (variation du débit) et du transport de matières (limiter le fonctionnement à pleine charge).

Les variateurs de vitesse modernes réalisent la correction du facteur de puissance (cos phi) et de la puissance déformante, ce qui améliore encore la performance énergétique de l’installation et évite les perturbations sur le réseau électrique.

Cependant, des pertes dues à la conversion de l’énergie électrique sont inévitables dans un variateur de vitesse (de 2 à 4% de pertes), ce qui implique que l’investissement d’un variateur de vitesse n’est pas nécessairement rentable pour les charges à vitesse constante.

Les démarreurs progressifs atténuent les pointes de courant sur le réseau électrique, mais ne contribuent pas à améliorer l’efficacité énergétique en fonctionnement.

Potentiel de gain : de -4 à 50%  sur la consommation énergétique [1]

[1] Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency, 02/2009, European Commission

Les moteurs électriques à haut rendement

Ces moteurs offrent un rendement sensiblement supérieur aux anciennes gammes suivant des classes standardisées d’efficacité énergétique : ces classent définissant le rendement des moteurs asynchrones de IE1 (efficacité standard : le moins efficace) à IE4 (nouvelle classe Super Premium : le plus efficace).

La réglementation européenne «éco-conception » impose la commercialisation de moteurs toujours plus efficaces, rentables pour les utilisateurs et assurant la protection de l’environnement par des consommations énergétiques moindres:

  • A partir du 16/06/2011, tous les moteurs commercialisés doivent être conformes au niveau de rendement IE2 « Haute efficacité » (anciennement « EFF 1 »)
  • A partir du 01/01/2015, les moteurs de 7,5 à 375 kW devront avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3 « Premium », ou atteindre le niveau de rendement IE2 et être équipés d’un variateur de vitesse
  • A partir du 01/01/2017, tous les moteurs de 0,75 à 375 kW devront avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3, ou atteindre le niveau de rendement IE2 et être équipés d’un variateur de vitesse

Potentiel de gain : de 2 à 8 % sur la consommation énergétique

Les caractéristiques des moteurs IE2 et IE3 les différencient cependant des modèles usuels: 

  • Leur coût est plus élevé, en raison du soin de la construction et des matériaux
  • Intérieurement, les circuits magnétique et électrique font appel à des matériaux actifs (bobinages, tôles magnétiques) plus nobles et plus volumineux ; les éléments mécaniques (paliers, ventilation) sont plus élaborés
  • Extérieurement, la masse et l’encombrement peuvent être plus importants
  • Les vitesses nominales peuvent être légèrement supérieures en raison des caractéristiques électriques et magnétiques différentes (glissement moindre par rapport à la fréquence du réseau)
  • Leur échauffement est moindre : une plus grande durée de vie est annoncée

Les solutions les plus efficaces (IE4) font appel à des moteurs synchrones à aimants permanents.

Ces moteurs à haute efficacité sont-ils rentables dans tous les cas ?

L’utilisation de ces  moteurs, en remplacement de moteurs standard, est généralement rentable pour les faibles puissances (< 11 kW) et les utilisations intenses (>2.000 heures par an). Un calcul de rentabilité plus précis est cependant à réaliser avant de procéder à l’investissement.

Des informations supplémentaires ainsi qu’un logiciel gratuit de simulation « The Motor Systems Tool » sont disponibles sur : http://www.motorsystems.org/

Éviter le surdimensionnement

Le taux de charge conditionne fortement le rendement. Idéalement, un moteur devrait toujours fonctionner autour de son point nominal : les marches à vide ou en charge partielle entraînent des pertes de rendement. Pour cette raison, le surdimensionnement des moteurs électriques est à éviter.

Potentiel de gain : de 1 à 3 % sur la consommation énergétique

La maintenance

La qualité des travaux de réparation (re-bobinage) a une influence déterminante sur le rendement des moteurs usagés.

La qualité de l’installation (alignement des arbres, tension des courroies) et de la maintenance sont déterminantes afin de garantir à long terme une bonne performance de la transmission.

Potentiel de gain : de 0,5 à 2 % sur la consommation énergétique

Choix de la transmission mécanique

Inévitablement, des pertes mécaniques surviennent au sein des organes de transmission : engrenages, courroies, chaînes...

Le choix du mode de transmission doit donc intégrer un critère de rendement énergétique. D’une manière générale, les solutions modernes à entraînement direct sont les plus efficaces, suivies par les engrenages et les chaînes.

Potentiel de gain : de 2 à 10 % sur la consommation énergétique

Les conditions d’utilisation et les caractéristiques de l’utilisation finale

Dans le cas du pompage : il existe la possibilité de remplacer les organes de réglage externes de conception ancienne (vannes modulantes, by-pass, transmissions par courroies à rapport de démultiplication variable) peu efficaces en énergie par des solutions à base d’un variateur de vitesse.

Il est parfois possible de récupérer l’énergie lors du freinage (nécessite un variateur de vitesse adapté et un besoin d’énergie simultané)

Ce document est destiné à des fins d’information et de sensibilisation. Les informations et valeurs sont fournies à titre indicatif et doivent être vérifiées par un professionnel avant toute prise de décision. myenergy décline toute responsabilité en cas d’utilisation inappropriée de ses contenus.

Mise à jour : 05/12/2014

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