Améliorer l'efficience énergétique pour mieux gérer les moteurs

La conservation de l'énergie devient un facteur de plus en plus important, aussi bien pour les utilisateurs que pour les fabricants de machines et d'équipements. Cette évolution s'appuie sur une combinaison de motivations environnementales et l'augmentation continue des coûts de l'énergie. Réduire les coûts à court terme en n’investissant pas dans des machines et des équipements offrant de meilleurs rendements énergétiques peut s'avérer coûteux à long terme.

 

Augmentation de la consommation électrique

La progression de l'industrialisation dans le monde induit une forte croissance des systèmes d'automatisation et de l'utilisation des moteurs électriques. Les moteurs électriques industriels représentent plus de 20 % de toute la consommation électrique britannique. Un récent rapport IMS 2013 prévoit que le marché global des moteurs à basse tension progressera de plus de 9 à 10 % chaque année jusqu'en 2017. Face à cette évolution, l'adoption de stratégies favorisant les moteurs énergétiquement efficaces joue un rôle croissant dans la réussite de toute entreprise de fabrication.

 

Comment améliorer le rendement énergétique des machines ?

 

Le moteur

La plus grande partie de la consommation des moteurs électriques s'inscrit dans la gamme des moteurs CA de taille moyenne à basse tension avec des puissances de sortie comprises entre 0,75 et 375 kW.

Rendement Premium	IE3
Rendement élevé	IE2
Rendement standard	IE1

Dans cette gamme de puissance, la norme IEC 60034-30:2009 définit les classes de rendement des moteurs triphasés asynchrones à basse tension :

 

La classe IE4 a été ajoutée à la norme en 2010. Les fabricants offrent déjà des moteurs conformes à ce niveau de performance. Une option consiste donc à vérifier que tous les moteurs (de remplacement ou neufs) sont conformes IE2 ou IE3. Depuis 2011, seuls les moteurs IE2 peuvent être commercialisés en Europe. À partir de 2017, seuls les moteurs IE3 seront autorisés. Il a été démontré que l'installation de moteurs IE2 neufs, au lieu de refaire les bobinages des anciens moteurs, permet de bénéficier de réductions de coûts réelles. RS offre des gammes de moteurs conformes IE2 fabriqués par Siemens, ABB et TECO, pour faciliter vos choix.

 

Démarrage et contrôle

Une meilleure gestion des moteurs est un facteur clé pour réduire les coûts énergétiques et améliorer le rendement opérationnel. Si les options de démarrage des moteurs sont multiples, les solutions incluent de plus en plus des démarreurs progressifs et des variateurs de vitesse.

Examinons les méthodes de démarrage traditionnelles des moteurs triphasés :

 

Démarrage direct

La connexion directe de l'alimentation et du moteur est une méthode très simple et très courante pour démarrer un moteur triphasé avec un contacteur principal et une protection contre les surcharges thermiques.

 

• Avantage – Rentabilité
• Inconvénient – Courant de démarrage et couple de démarrage très élevés ; imposant une contrainte d'usure sur le moteur et la transmission ; n'autorise pas de solution de contrôle à distance puisque le niveau de courant des grands contacteurs n'est pas adapté au contrôle direct par des sorties à transistor (PLC).

 

Etoile-Triangle

Modifie le câblage des trois bobinages pour passer du branchement en triangle (230v sur chaque bobinage) au branchement en étoile (400v sur chaque bobinage) afin de réduire le courant de démarrage d'environ 60 % par rapport à un démarrage direct. Les démarreurs Étoile-Triangle incluent trois contacteurs, une protection thermique et un temporisateur.

 

• Avantage – Réduction du courant et du couple de démarrage, réduction des stress mécaniques.
• Inconvénient – Plus cher qu'un démarreur direct, multiples points de défaillance potentiels, n'accepte pas les charges exigeant plus de 50 % du couple maximal au démarrage.

 

Ces deux méthodes ont leurs propres inconvénients. En outre, bien que le démarrage Étoile-Triangle limite le couple et le courant de démarrage, il n'offre pas de possibilités d'ajustement en fonction des applications et n'accepte pas les utilisations marche/ arrêt continues.

 

Démarreurs progressifs

L'utilisation d'un démarreur progressif offre plusieurs possibilités de réduire les coûts. Une meilleure adaptation de la durée et du couple de démarrage à la charge réduit le niveau de stress sur la transmission et le moteur, prolongeant donc les intervalles de maintenance et la disponibilité, qui sont deux postes de coût que toute entreprise souhaite systématiquement réduire.

La consommation d'énergie peut être réduite grâce à l'intégration des démarreurs progressifs dans des systèmes d'automatisation et en supprimant les éléments de commande manuelle. Par conséquent, le moteur peut continuer de tourner lorsqu'il n'est pas utilisé. L'arrêt des convoyeurs à bande en l'absence de produits est une des applications courantes, grâce à un simple capteur photoélectrique pour détecter les produits. Le convoyeur s'arrête automatiquement et reprend rapidement sa vitesse de fonctionnement normale dès que le produit arrive.

Comme les démarreurs progressifs n'utilisent pas de contacteurs mécaniques, qui contiennent des pièces mobiles, leur durée de vie est considérablement plus longue. Ils combinent tous les composants d'une solution de démarrage traditionnelle dans une seule unité compacte.

RS offre une gamme complète de solutions de démarrage progressif, fabriquées par de grandes marques, de 1,1kW à 800kW.

 

Variateurs de vitesse

Selon les applications, les changements de charges et la multiplicité des processus industriels, tels que les lignes de montage, la variation de la vitesse des moteurs est une fonctionnalité essentielle. En adaptant la vitesse du moteur et son couple à la charge grâce à des variateurs de vitesse, il est possible d'améliorer considérablement les rendements énergétiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

Dans de nombreuses applications, telles que petits palans, lavages de voitures, convoyeurs à bande, ascenseurs, équipements de perçage ou machines à bois, l'adaptation de la vitesse et du couple à la charge autorise des améliorations nettes. Une pompe ou un ventilateur piloté par un variateur de vitesse peut générer des gains allant jusqu'à 50 %.

Un ventilateur tournant à 80 % de sa vitesse maximale consomme 50 % moins d'énergie que s'il tournait à sa vitesse maximale. Pourtant, un nombre excessif de pompes et de ventilateurs tournent constamment à leur vitesse maximale, parce qu'ils sont régulés par des systèmes énergétiquement inefficaces, tels que des clapets ou des vannes.

 

Fan motor power	Puissance du moteur de ventilateur
Nominal motor flux	Courant nominal du moteur
Traditional direct on line fan motor control	Contrôle direct traditionnel en ligne de moteur de ventilateur
Fan motor control with a variable speed drive	Contrôle de moteur de ventilateur avec variateur de vitesse

 

Outre les possibilités de réduction de la consommation d'énergie, les variateurs de vitesse améliorent le rendement des machines et dans certains cas leur vitesse, puisque la vitesse peut être aisément ajustée par le contrôleur logique en fonction des besoins du processus. Ils évitent ainsi des arrêts et des redémarrages chronophages et stressants pour les éléments mécaniques.

 

Gamme

RS Components offre une vaste gamme de moteurs CA et de solutions de démarrage direct, Étoile-Triangle, des démarreurs progressifs, ainsi que des variateurs de vitesse. Cette offre inclut la plupart des grands fabricants, tels que ABB, Eaton Moeller, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric (Telemecanique) et Siemens.