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Auteur(s)
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Jean BONAL : Ancien directeur scientifique de Jeumont-Schneider Industries - Professeur associé au CNAM (Conservatoire national des arts et métiers)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans les installations industrielles, les fonctions de compression de pompage et de ventilation consomment une part importante de l’énergie électrique utilisée, sensiblement 45 % du bilan énergétique électrique global. Il est donc nécessaire de chercher à optimiser cette consommation dans ces types de domaine.
Les intérêts économiques et techniques de l’utilisation d’un entraînement électrique à vitesse variable des moteurs associés sont nombreux.
Dans un entraînement de ce type, on ne fait pas varier la vitesse du moteur et de la machine entraînée par action sur les pertes d’énergie dans le circuit électrique d’alimentation, dans le moteur ou dans la charge mais on convertit l’énergie électrique fournie au moteur pour que celui-ci fournisse avec le minimum de pertes les caractéristiques mécaniques demandées par le process. Outre les économies d’énergie, cette technique offre des avantages supplémentaires qui peuvent être déterminants dans le dimensionnement d’une installation.
Pour ce qui concerne le réseau d’alimentation, nous pouvons citer :
-
la suppression des fortes surintensités du courant appelé par le moteur alternatif au démarrage ;
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la diminution de la puissance du système d’alimentation.
Pour ce qui concerne le moteur, la technique d’entraînement à vitesse variable permet d’allonger sa durée de vie grâce à la diminution des contraintes qui lui sont appliquées.
Pour ce qui concerne la charge entraînée, nous pouvons citer la possibilité de régler le couple et la vitesse en tout point du plan effort-vitesse. Cet avantage provient des qualités de souplesse, de flexibilité, de précision et de rapidité attachées aux régulations du système.
Equiper une pompe, un ventilateur, un compresseur d’un dispositif de variation continue de la vitesse d’entraînement est une méthode idéale pour modifier les caractéristiqes débit-pression en conservant un bon rendement dans la quasi-totalité de la plage de fonctionnement de la machine entraînée (pompe, ventilateur ou compresseur), les performances des régulateurs du système de conversion de l’énergie permettant en effet de s’adapter de manière optimale aux conditions d’exploitation imposées par le process.
Avant de montrer tous les avantages que l’on peut tirer de la production de la force motrice électrique à vitesse variable pour les entraînements des machines qui mettent en mouvement des fluides, il convient de classer les différentes solutions électriques envisageables pour ces types d’installation.
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Intérêts pratiques
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3. Intérêts économiques
Les raisons qui conduisent au choix d’un entraînement électrique à vitesse variable différent d’un secteur industriel à un autre et, dans un même secteur, d’une application à une autre.
Dans un variateur électronique de vitesse, on ne fait pas varier la vitesse en agissant sur les pertes d’énergie du circuit d’alimentation, du moteur ou de la charge mais en modifiant la présentation de l’énergie fournie au moteur pour que celui-ci délivre les caractéristiques mécaniques désirées par l’utilisateur.
Si dans un premier temps, on a mis, à juste titre, en avant les gains d’énergie que procurait l’utilisation de ces types d’entraînement, force est de constater que les avantages des entraînements électriques à vitesse variable ne se limitent pas à ce seul aspect. En fonction de l’application considérée, l’un ou l’autre ou plusieurs des critères suivants (la liste n’est pas limitative) peuvent être déterminants.
Sur le réseau d’alimentation, les principaux avantages sont :
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la suppression des fortes amplitudes des courants appelés par les moteurs asynchrones au moment du démarrage : avec un variateur électronique de vitesse, on démarre avec un courant de l’ordre de 0,3 In (avec In courant nominal) pour les charges dont le couple croît comme le carré de la vitesse (pompes, ventilateurs, compresseurs centrifuges) et avec un courant n’excédant pas 1,5 In pour les charges à couples constant ;
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la diminution de la puissance du système d’alimentation qui dans le cas du démarrage direct des moteurs doit être dimensionnée après prise en compte des appels de courant et des chutes de tension qu’ils provoquent.
En ce qui concerne le moteur, le principal avantage est l’allongement de sa durée de vie. En effet, les démarrages directs sur le réseau provoquent des échauffements importants du rotor du moteur qui conduisent à des dilatations différentielles des parties constitutives du rotor. À terme, ces dilatations et les fortes contraintes magnétiques au démarrage conduisent à la détérioration du moteur. Par ailleurs, l’absence de surcouples transitoires tend à augmenter la durée de vie des coupleurs et des dents d’engrenages et évite en particulier les ruptures d’arbre quand les fréquences de démarrage sont grandes....
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