Entraînement à réluctance variable

South Staffs acquiert un entraînement à réluctance variable d'ABB

La société britannique South Staffs Water remplace son ancien système d'entraînement à vitesse variable (moteur à induction + variateur de fréquence) par un entraînement à réluctance variable d'ABB atteignant le niveau de rendement IE4 et ainsi à réduit de 6% sa consommation d'énergie.

La société avait besoin de remplacer dans sa station de pompage de Somerford, un moteur à induction de 115 kW, âgé de 20 ans, servant à commander une pompe de forage à axe vertical qui extrait 2,5 millions de litres d'eau par jour. Ce moteur IE2 faisait déjà appel à un système entraînement d' d'ABB, l'ACS800, dont la fonction d'optimisation des flux avait permis de maximiser toutes les opportunités d'économies d'énergie du procédé.

Cette société de service public souhaitait expérimenter ce moteur à réluctance variable afin de bénéficier de ses nombreux atouts : rendement plus élevé, plus grande fiabilité, pertes thermiques moindres, bruits réduits et coûts d'entretien plus faibles.

L'opération consistait à déposer le système d'entraînement existant pour le remplacer par un système d'entraînement d'ABB, l'ACS850, doté d'un processeur plus puissant permettant d'associer le moteur à réluctance variable à la technologie de régulation directe du couple (DTC), évitant ainsi l'utilisation de codeurs et d'autres dispositifs de retour de vitesse.

Les performances obtenues ont largement dépassé les attentes

"Le point le plus positif reste incontestablement la réduction de 6% de la consommation d'énergie.", explique Keith Marshall, directeur des approvisionnements chez South Staffs Water; "Même si nous comptons parmi les entreprises les plus performantes du secteur, notre facture d'électricité dépasse les 9 millions de livres par an et continue de s'alourdir à la faveur des hausses successives des prix de l'énergie. Environ 90% de ces dépenses sont liés au pompage de l'eau car nous disposons de la capacité de refoulement la plus élevée de toutes les compagnies des eaux britanniques, du fait de la profondeur de nos forages et du profil vallonné des terrains qui se situent dans notre zone d'approvisionnement. C'est pourquoi apprendre que nous avons réussi à réduire de 6% la consommation d'énergie d'une seule pompe d'un système déjà très efficace a été pour nous une fantastique nouvelle. Par ailleurs, si nous tenons compte de l'abattement fiscal lié au programme "Enhanced Capital Allowances" (ECAs) mis en œuvre par le gouvernement britannique, nous tablons sur un retour sur investissement à une échéance de cinq à six ans." ajoute-il.

Un rotor doté de la technologie à réluctance variable ne comporte aucune cage en court-circuit contrairement au moteur à induction, ni aimants permanents, ni bobinage d'excitation. Il fonctionne selon le principe de la réluctance magnétique. En simplifiant la structure du rotor de ses moteurs synchrones à réluctance, ABB supprime les pertes rotoriques, augmente leur rendement et réduit leur encombrement. L'obtention des valeurs normalisées de puissance et de couple avec un échauffement limité améliore la durée de vie de l'isolant, permettant ainsi de prolonger celle des roulements ou d'espacer les intervalles de lubrification.

Une réduction des bruits perceptibles de 75%

L'ensemble à réluctance variable conçu pour South Staffs Water a permis de réduire de 58% la température de carcasse par rapport à un moteur à induction. "En été, nombre de sites sont soumis à un échauffement important. C'est pourquoi en équipant le plus d'installations possible de moteurs à réluctance variable, nous parviendrons à réduire considérablement le besoin de systèmes de ventilation forcée.", déclare Keith Marshall; "Le rotor étant dépourvu de pertes, il en résulte une diminution de la température des roulements. Autrement dit, vous avez le choix entre allonger les intervalles de lubrification ou la durée de vie des roulements.", poursuit-il.

L'adoption de la technologie à réluctance variable a permis de réduire les bruits perceptibles de 75%, et de les faire passer ainsi de 78 dBA à 72,3 dBA à un régime de fonctionnement de 1 450 tr/min. "Le point le plus significatif est que nous ayons décidé d'expérimenter la technologie à réluctance variable sur une installation qui faisait déjà appel à un système d'entraînement de pointe, même s'il fonctionnait avec un moteur à induction vieux de 20 ans", explique Glen Hickman de Sentridge Control, la société chargée de la conception et de la mise en service de l'installation; "Nous aurions pu réduire les dimensions du moteur mais pour pouvoir effectuer une comparaison sur les mêmes bases, nous avons choisi de conserver la même taille de carcasse. Ce gain d'économies d'énergie de 6% est inespéré quand on sait que le rendement énergétique de cette installation était déjà considéré comme particulièrement élevé. Si nous avions choisi une installation encore plus ancienne du site, nous pensons que nous aurions pu réaliser entre 10 et 15% d'économies d'énergie supplémentaires." précise-il.

"L'ensemble à réluctance synchrone est spécialement conçu pour fonctionner avec des charges de couple variables régulées par des entraînements à vitesse variable." explique Steve Ruddell, directeur vente et marketing international d'ABB Motors and Generators; il conclut ainsi : "Les moteurs à induction traditionnels sont prévus pour fonctionner à vitesse fixe, et représentent 90% du marché. Pour la première fois, nous disposons d'une technologie qui a été développée dès le départ pour équiper des pompes et ventilateurs fonctionnant à vitesse variable. A l'avenir, je pense que chaque système de pompe et de ventilateur nécessitant un entraînement à vitesse variable devra être équipé de la technologie à réluctance variable.".