Démarreurs à vitesse variable : la solution face aux impératifs d’efficacité énergétique ?

Auteur : Andreas Miessen, directeur de produits chez Eaton

Quand la vie est apparue pour la première fois sur notre Terre, elle est pour ainsi dire passée inaperçue. Évolution, révolution, c'est comme vous voudrez, on n'est pas toujours aux premières loges pour témoigner de la survenance d'un événement important. Dans le monde des moteurs et des entraînements... et de la législation environnementale européenne, un tel événement s'est produit fin 2014 lors du salon SPS/IPC Drives de Nuremberg. Une nouvelle espèce y a fait son apparition, mais si vous n'étiez pas là, vous n'en aurez pas forcément entendu parler. Et si ce monde est le vôtre, c'est vraiment dommage...

Une norme de rendement minimum IE3 ou IE2

Mais puisque la législation européenne n'est pas le sujet le plus passionnant qui soit, commençons par planter rapidement le décor. Comme chacun sait ou devrait savoir dans les secteurs techniques et industriels, la directive écoconception (2009/125/CE) relative aux produits liés à l'énergie est entrée en vigueur le 1er janvier 2015. En un mot comme en cent, ce que dit cette directive est que, pour de nouvelles installations avec des moteurs de 7,5 à 315 kW, la norme de rendement minimum d'un moteur sera IE3, ou IE2 avec l'utilisation d'un variateur de vitesse électronique. À compter du 1er janvier 2017, les moteurs de 0,75 kW à 7,5 kW seront également concernés.

Simplifier les choses

Jusqu'ici, tout va bien. La nouvelle directive tente de simplifier les choses, car auparavant, il y avait principalement deux moyens de protéger et de commander efficacement les moteurs, le démarreur et l'entraînement à vitesse variable. Tous deux ont leurs avantages et inconvénients. Le démarreur est une solution peu onéreuse, nécessitant peu de manutention et présentant une excellente fiabilité, mais aux fonctionnalités limitées. L'entraînement à vitesse variable, quant à lui, permet la variation de vitesse, comme le nom l'indique, et se prête à différentes fonctions, et donc, à un niveau de complexité élevé. Cela exige, par conséquent, un degré d'investissement important et l'utilisateur doit, en principe, posséder une bonne connaissance des systèmes d'entraînement.

Le problème du coût

Dans tous les cas, on peut dire que le démarreur moteur est la solution la meilleure et la plus éco-énergétique dans le cas d'un système à vitesse fixe ou à faible fréquence de commutation. Mais les applications à vitesse variable et charges hautement variables exigent un entraînement à vitesse variable. Il semblerait donc que la nouvelle directive nous place encore une fois devant une alternative simple. Si votre nouvelle application se caractérise par une vitesse fixe, il vous faut un moteur IE3 avec contacteurs ou démarreur, et si elle est plus complexe et nécessite des vitesses variables, vous pouvez choisir un moteur IE2 avec variateur de vitesse. Le seul problème est le coût. Cela ne surprendra personne, les moteurs IE3 sont plus chers que les moteurs IE2. Et les variateurs de vitesse sont plus chers que les démarreurs. Dans tous les cas, vos coûts d'investissement vont augmenter par rapport à 2014, tout particulièrement si votre application nécessite un variateur de vitesse et si vous choisissez de maximiser l'efficacité énergétique en optant pour un moteur IE3. Et si nous avons tous conscience de la nécessité d'économiser l'énergie, si nous sommes tous déterminés à adopter des comportements qui soient bons pour l'environnement, il n'en reste pas moins que les possibilités précitées se caractérisent par des investissements importants, ce qui est difficile à entendre pour ces acteurs économiques toujours en quête de réduction de leurs dépenses que sont les secteurs de l'industrie, de la conception et de la fabrication de machines.

Le chaînon manquant

Revenons donc au salon SPS/IPC Drives de Nuremberg. Il y avait un chaînon manquant entre le démarreur moteur et l'entraînement à vitesse variable. Eaton a donc mis au point et lancé une nouvelle catégorie d'appareils qui combinent les avantages de l'un et de l'autre... une nouvelle espèce, pour ainsi dire. Le démarreur à vitesse variable (VSS) allie la simplicité du démarreur à vitesse fixe classique et la fonction de variation de vitesse du moteur. Les VSS sont une solution de substitution hautement fiable et rentable en matière de régulation moteur, particulièrement apte à renforcer l'efficacité énergétique d'applications reposant précédemment sur des démarreurs à vitesse fixe. Eaton propose actuellement des VSS PowerXL DE1 en deux versions, un modèle de 45 mm de large seulement, destiné à des moteurs de 1,5 kW maximum, et un modèle de 90 mm de large, pour moteurs de 2,2 à 7,5 kW. Les deux versions sont dotées de fonctionnalités de protection moteur internes, ainsi que d'une thermistance moteur et d'une protection contre les courts-circuits. L'installation, la mise en service et l'exploitation des VSS ne nécessitent aucune connaissance spécialisée : ces appareils sont conçus pour une mise en œuvre immédiate, sans aucun réglage préalable. En d'autres terme, le temps nécessaire à leur mise en service est réduit de près de 80 % par rapport aux variateurs classiques.

Des disponibilités maximales

Par ailleurs, les VSS Eaton sont conçus pour assurer des disponibilités maximales. Ils autorisent, par exemple, un fonctionnement sans déclenchement reposant sur la détection de l'énergie récupérée au niveau du moteur. Par ailleurs, une fonction de freinage par injection de courant continu avant démarrage, particulièrement utile dans le domaine de la ventilation, est également présente, ainsi qu'une fonction de réduction de la fréquence de commutation qui évite tout dépassement du seuil de température critique. Une fonctionnalité de redémarrage automatique assure la continuité du fonctionnement du moteur après une défaillance. Les réglages standard sont adaptés à la plupart des situations, mais Eaton a prévu un outil de configuration universel de type "plug-in" à l'intention des applications spéciales. Cet outil permet de modifier à l'aide d'un simple tournevis les paramètres clés, y compris temps de rampe, protection moteur et schéma des connexions. On peut aussi configurer les VSS PowerXL DE1 à l'aide d'un pavé de touches externe avec afficheur LED ou OLED, ou encore par le biais du logiciel Eaton Connect. Enfin, il est possible de copier les paramètres d'un appareil vers un autre via Bluetooth.

En résumé

On peut s'attendre, suite à l'entrée en vigueur de la directive écoconception, non seulement à une demande d'entraînements à vitesse variable nettement accrue, mais aussi à une automatisation croissante des machines. Mais pour nombre d'applications telles que systèmes de pompage ou de ventilation, cette solution est souvent excessive, tant du point de vue de la complexité que du fonctionnement. Les composants des démarreurs classiques (contacteurs, disjoncteurs moteur, etc.) constituent une solution bon marché et éco-énergétique, tout particulièrement dans le cas d'applications à vitesse fixe ou à faible fréquence de commutation. Mais leur compatibilité avec les moteurs IE3 n'est pas acquise et leurs fonctions sont limitées car ils ne se prêtent pas à la régulation de vitesse. Les appareils que nous avons lancés au salon SPS/IPC Drives sont la solution car ils allient les avantages des deux mondes. Nos VSS sont adaptés à des applications présentant un nombre réduit de fonctions mais nécessitant une vitesse variable, à des applications à vitesse constante pour lesquelles les moteurs IE3 ne sont pas envisageables du fait de dimensions différentes de celles des moteurs IE2, ou encore à des applications à très haute fréquence de démarrage qui imposent une charge thermique élevée au moteur.

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