À LA RECHERCHE D'UNE MEILLEURE EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE

 

La nécessité de réduire la consommation d'énergie globale et d'obtenir une meilleure efficacité énergétique dans la conception, la fabrication, l'assemblage et la distribution est plus pressante que jamais. Les ressources de la planète s'épuisent, les coûts énergétiques augmentent rapidement et il existe visiblement des préoccupations graves et connues de tous à propos de l'avenir de l'environnement mondial. L'Union européenne, par exemple, s'est fixé l'objectif d'une réduction de 20 pour cent dans sa consommation annuelle d'énergie primaire d'ici 2020. La Commission européenne a proposé plusieurs mesures pour augmenter l'efficacité à toutes les étapes de la chaîne de l'énergie, y compris la production, la transformation, la distribution et la consommation finale, y compris l'introduction de compteurs intelligents pour encourager les consommateurs à mieux gérer leur consommation en énergie. L'industrialisation mondiale entraîne l'expansion de l'automatisation, notamment l'utilisation accrue des moteurs électriques. D'ailleurs, selon un rapport de l'AEI (Agence Internationale de l'Énergie), les moteurs électriques et les systèmes qu'ils entraînent représentaient la plus grande consommation d'électricité, avec environ 45 % de la consommation mondiale.`

Et bien entendu c'est dans l'industrie que les moteurs électriques dominent et où ils représentent la plus grande quantité (environ deux tiers) de la consommation totale d'électricité, par exemple pour le pompage, les ventilateurs, la compression de l'air et des liquides, le convoyage et bien d'autres formes de manutention et traitement mécanique. Le manquement à investir dans des moteurs, produits et machines plus efficaces pour obtenir des économies de coûts dans l'immédiat pourrait donc s'avérer être une fausse économie.

 

Efficacité des moteurs

La plus grande proportion de consommation d'électricité par les moteurs correspond aux moteurs c.a. basse tension de taille moyenne ayant une puissance de l'ordre de 0,75 à 375 kW. La norme IEC 60034-30:2009 définit les classes d'efficacité des moteurs asynchrones triphasés basse tension sur cette fourchette de puissance : IE1 est la norme ; IE2 est haute et IE3 est le haut de gamme. En 2010,

la classification IE4 a été ajoutée à la norme et les fabricants commencent déjà à lancer des moteurs respectant ce meilleur niveau de performance.

Depuis 2011, seuls les moteurs ayant une performance minimale de IE2 peuvent être vendus dans l'Espace économique européen, alors qu'un minimum de IE3 ou l'équivalent sera exigé d'ici 2017. Plus spécifiquement : à partir de 2015, IE3 sera le minimum légal d'efficacité exigé pour les puissances de 7,5 kW à 375 kW, ou les moteurs IE2 associés à un entraînement à vitesse variable (VSD). À partir de 2017, la norme IE3 sera le minimum d'efficacité obligatoire pour les puissances de 0,75 kW à 375 kW, ou les moteurs IE2 associés à un VSD. Il est donc logique au moyen et long terme de s'assurer que tous les moteurs neufs ou de remplacement aient une performance IE2 ou IE3, et le choix d'installer ces moteurs neufs au lieu de faire rebobiner d'anciens moteurs peut apporter de réelles économies.

Un facteur clé des efforts de réduction des coûts en énergie et d'amélioration de l'efficacité opérationnelle est un meilleur contrôle des moteurs. Il existe plusieurs options pour le démarrage des moteurs, mais de plus en plus souvent une partie de la solution met en jeu l'utilisation de « démarreurs progressifs » et d'entraînements à vitesse variable (VSD) qui peuvent réduire les coûts de manière spectaculaire. On estime qu'environ 90 pour cent des moteurs utilisés dans les applications industrielles ne possèdent aucune forme de contrôle hors une simple commutation électromécanique, termes de maintenance et d'usure mécanique des équipements.

 

Démarrage

En ce qui concerne les méthodes plus traditionnelles de démarrage des moteurs triphasés, le démarrage direct (Direct- on-line, D.O.L) est une manière très simple et courante de faire démarrer les moteurs triphasés, employant uniquement un contacteur principal et un relais thermique pour connecter directement l'alimentation au moteur. Cette méthode est évidemment très économique mais présente quelques inconvénients, notamment un courant et un couple de démarrage très élevés, qui entraîne des contraintes sur le moteur et l'ensemble motopropulseur. Il faut aussi mentionner qu'elle ne se prête pas bien à la télécommande, car le fort courant de démarrage des grands contacteurs ne convient pas aux sorties des transistors d'automates (Programmable Logic Controler, PLC).

Une seconde méthode, le démarrage étoile/triangle, (Star-Delta, SD), modifie le câblage des trois bobinages de moteur d'un delta (230 V dans chaque bobine) à une étoile (400 V dans chaque bobine) pour réduire le courant de démarrage de 60 % par rapport à un démarreur D.O.L. Les démarreurs étoile-delta contiennent trois contacteurs, un relais thermique et un minuteur. L'avantage est la réduction du courant de démarrage et du couple, ce qui diminue les contraintes mécaniques. L'inconvénient est le coût plus élevé que celui d'un démarreur D.O.L, la multiplicité des points de défaillance potentiels et l'impossibilité d'effectuer le démarrage de charges moteur exigeant plus de 50 % du couple nominal complet du moteur. Ces deux méthodes de contrôle ont des inconvénients, et bien que le démarrage étoile-delta réduise le courant de démarrage et limite le couple, on ne peut pas le régler en fonction de l'application et il ne se prête pas à un fonctionnement en démarrages/arrêts continus. Mais on peut réaliser des économies en utilisant un démarreur progressif de plusieurs manières. Par exemple, si l'on fait correspondre le couple de démarrage et la durée de la charge, on peut réduire l'usure et les contraintes sur la transmission et le groupe motopropulseur, ce qui réduit alors la maintenance et les temps d'arrêt. On peut obtenir des économies d'énergie en intégrant le démarreur progressif dans l'automatisation de la machine et en supprimant les éléments de contrôle manuel, ce qui signifie que le moteur peut continuer à tourner quand il n'est pas utilisé. Une application commune est d'arrêter les convoyeurs de sortie en l'absence de produits. On peut utiliser une simple cellule photoélectrique pour détecter les produits, après quoi le convoyeur peut rapidement atteindre sa vitesse normale quand un produit arrive, et s'arrêter quand il n'y a plus de produit. Comme les démarreurs progressifs ne contiennent pas de contacteurs à pièces mouvantes, leur vie utile est beaucoup plus longue, et ils combinent tous les composants se trouvant dans une solution de démarrage traditionnelle au sein d'une seule unité compacte.

 

Entraînements à vitesse variable

De nombreuses applications comportent des charges variables et beaucoup de processus industriels tels que les chaînes de montage exigent d'ajuster le régime du moteur. En adaptant le régime du moteur et le couple à la charge requise, on peut obtenir d'importants gains d'efficacité grâce à un entraînement à vitesse variable (VSD).

 

 

Les entraînements à vitesse variable : puissance de ventilateur ou induction nominale

En faisant correspondre le régime et le couple à la charge de courant, on peut faire des économies dans de nombreuses applications telles que les petites grues, les laveurs de voitures, les convoyeurs, les monte-charge, les machines de forage ou de travail du bois. Mais si le VSD est utilisé dans une application de pompage ou de contrôle de ventilateur, on peut réaliser des économies jusqu'à 50 %. Par exemple, un ventilateur tournant à un régime de 80 % consomme seulement 50 % de l'énergie qu'il consommerait à plein régime. Pourtant, trop de pompes et ventilateurs tournent continuellement à plein régime, la sortie étant régulée par des dispositifs d'étranglement inefficaces tels que des registres ou des vannes.

Combinées à ces opportunités d'économie d'énergie, les entraînements à vitesse variable permettent aussi aux machines de fonctionner plus efficacement, et dans certains cas plus rapidement, car on peut modifier le régime en toute fluidité via le PLC ou le contrôleur de logique afin de répondre aux exigences du procédé, pour éviter les arrêts et démarrages laborieux et contraignants au plan mécanique.

 

Une grande gamme énergiquement efficace

Une vaste gamme de moteurs AC, DOL, démarreurs étoile-delta et progressifs et de VSD est disponible auprès de RS Components, représentant de nombreuses grandes marques telles que ABB, Eaton, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric et Siemens, pour n'en citer que quelques-unes.

Le besoin grandissant en efficacité énergétique entraîne aussi de meilleures mesures de performance dans une large gamme de produits et technologies destinés aux marchés de l'automatisation, y compris les alimentations électriques montées sur rail DIN et sur panneau, avec des dispositifs Omron, Phoenix Contact et PULS présentant des cotes d'efficacité énergétique toujours plus grandes. De plus, SMC continue à fournir des produits de haute efficacité doté d'éléments pneumatiques tels que des joints KQ2 et la gamme AC d'unités FRL (Filter-Regulator-Lubricator, filtre-régulateur-lubrificateur), qui offrent aussi une meilleure efficacité d'installation. Et avec l'adoption des lED, les balises et boutons-poussoirs sont aujourd'hui plus efficaces que jamais, alors que les actionneurs linéaires électriques peuvent réduire les coûts d'exploitation des installations pneumatiques.

 

Pour obtenir un complément d'information, consulter : www.rs-components.com/ energy-efficiency

 

Démarreur progressif Eaton DS7

 

 

 

 

Gamme Schneider TeSys Démarreurs DOL

 

 

 

 

 

Entraînements uniphasés Mitsubishi D720-SC

 

 

 

 

Moteur Siemens CA