Moteurs et Variateurs de fréquence Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquence SED2 Pourquoi un variateur ? Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Economies d’énergie potentielles importantes Variateurs de fréquences SED2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? Les moteurs représentent les 2/3 de la consommation électrique des immeubles de bureaux 63% de cette énergie concerne la circulation de fluides (air et liquides) Economies d’énergie potentielles importantes Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Consommation électrique 2000 Secteur Industrie en France Variateurs de fréquences SED2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? Consommation électrique 2000 Secteur Industrie en France Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Consommation électrique 2000 Secteur tertiaire en France Variateurs de fréquences SED2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? Consommation électrique 2000 Secteur tertiaire en France Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? Les coûts de consommation électrique sont souvent les postes financiers les plus coûteux pour les gestionnaires immobiliers. Plus de la moitié de l’énergie électrique consommée dans les bâtiments modernes, l’est par les moteurs entrainants les équipements de CVC. La réduction de la consommation électrique et l’amélioration de l’environnement de travail des bâtiments sont les plus importants objectifs des constructeurs de systèmes de CVC. Les ventilateurs et les pompes offrent le plus grand potentiel d’économie d’énergie. Le retour sur investissement pour des “gros variateurs”(> 11kW) est de moins d’une année. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Zone d’économie d’énergie Variateurs de fréquences SED2 Economies d’énergie: Pompes & ventilateurs Pourquoi un variateur ? 140 130 Volet 120 110 Variateur 100 90 Ventilateur parfait 80 Puissance (%) 70 60 Zone d’économie d’énergie 50 40 30 20 10 Débit (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Caractéristiques des pompes et ventilateurs Pourquoi un variateur ? [%] Vitesse [%] Pour une vitesse de 60%, l’énergie consommée est d’environ 21%, la pression de 37%  Importantes économies d’énergie Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Exemple des ventilateurs Pourquoi un variateur ? En fonction des besoins et de l’environnement des bâtiments, les CTA à débit variable fonctionnement majoritairement entre 40 et 80% du débit total. Le fonctionnement avec variateur permet une économie d’énergie de 30 à 60% supérieure à celle réalisée avec des bouches à débit variable. 12% Energie consommée Temps de marche 10% 8% Temps de marche & Energie consommée 6% 4% 2% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Débit d’air Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Exemple des Pompes Pourquoi un variateur ? Le contrôle du débit est typiquement assuré par des vannes d’étranglement ou de bypass dans les installations hydrauliques. Même de petites variations de débit mettent en évidence un important potentiel d’économie avec un variateur de fréquence. 120% 80% Energie nécessaire Vanne d’étranglement 40% Variateur 0% 20% 40% 60% 80% 100% Débit Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Exemple des Tours de refroidissement Pourquoi un variateur ? Lorsque la vitesse des ventilateurs d’une tour est réduite, l’économie réalisée peut être très importante. En règle générale, les tours de refroidissement sont souvent équipées de moteurs à 2 vitesses. L’utilisation de moteurs avec variateur de vitesse permet une économie d’énergie significative par rapport à cette solution. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Types de démarrage moteur Pourquoi un variateur ? Direct Idém 600% Cablage mini Protect. thermic. Etoile / triangle Idém 200% Cablage impotant 3 relais Protect. Thermic. Statorique Idém 100% Cablage simple Protect. thermic. Variateur Idém 100% Cablage mini Pas de relais Pas de protect. Sécurité élevée During the start the current of an asynchronous motor is much higher than normal (about 600%). This may cause problems with the electricity supply, the fuses, mechanical stress... We know several different methods to avoid this. A drive is an ideal soft starter. Résistance Variateur M M M M Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquence SED2 Comment marche un moteur ? Un moteur, comment ça fonctionne ? Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquences SED2 Histoire du moteur asynchrone Comment marche un moteur ? 1882 Découverte des champs magnétiques tournants 1883 Présentation du 1er moteur asynchrone polyphasé Nikola Tesla 1856 - 1943 Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Moteurs synchrones Moteurs asynchrones Variateurs de fréquences SED2 Les moteurs électriques à courant alternatifs Moteurs synchrones Moteurs asynchrones A excitation permanente ou séparée, ils possèdent un très bon facteur de puissance, mais sont coûteux. Utilisés avec les grandes puissances ou comme générateur de courant. Le type le plus couramment utilisé, ils sont robustes, ont un démarrage facile, sont avantageux sur bien des points et peu coûteux ! Comment marche un moteur ?  Idéal pour les applications CVC Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Boitier de raccordement Bornes de raccordement Variateurs de fréquences SED2 Les moteurs asynchrones Boitier de raccordement Bornes de raccordement Roulement Comment marche un moteur ? Ventilateur Arbre Rotor Carcasse Protection Pied Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Comment marche un moteur ? Variateurs de fréquences SED2 Principe de fonctionnement d’un moteur asynchrone N S Icontinu Création d ’un aimant découvert par Ampère en 1820 > Champ constant Comment marche un moteur ? N S Obtention Champ variable Application courant alternatif > Application courant alternatif triphasé Obtention Champ tournant > Characteristics of induction motor A typical induction motor, started directly on a line, draws 500% to 600% full load current during starting. It will produce a pull up torque of approximately 225% full load torque whilst accelerating the load. The high starting current is due to the motor saturating due to excessive slip at start-up. Your supply, distribution system and fuses need to be rated to allow for this peak starting current. Your load must be able to withstand the mechanical stress of shock loading during the start. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Comment marche un moteur ? Variateurs de fréquences SED2 Vitesse d’un moteur Comment marche un moteur ? 2 pôles = 2910 tr/min 4 pôles = 1350 tr/min 6 pôles = 970 tr/min 8 pôles = 727 tr/min Si la fréquence appliquée au bornes du moteur varie de 0 à 100%, la vitesse varie alors proportionnellement aussi de 0 à 100%. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Comment marche un moteur ? Variateurs de fréquences SED2 Caractéristiques d’un moteur asynchrones % Courant 600 Comment marche un moteur ? Point nominal Le courant de démarrage est beaucoup plus important que le courant nominal Cela peut causer des problèmes avec de grande puissances. 400 Couple 200 100 Vitesse 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 Démarrage Characteristics of induction motor A typical induction motor, started directly on a line, draws 500% to 600% full load current during starting. It will produce a pull up torque of approximately 225% full load torque whilst accelerating the load. The high starting current is due to the motor saturating due to excessive slip at start-up. Your supply, distribution system and fuses need to be rated to allow for this peak starting current. Your load must be able to withstand the mechanical stress of shock loading during the start. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Comment marche un moteur ? Variateurs de fréquences SED2 Plaque moteur La plaque moteur donne une vingtaine d’informations sur les caractéristiques nominales du moteur. Nous nous intéresseront seulement à celles mises en jeu dans la variation de fréquence Comment marche un moteur ? Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Plaquette de couplage moteur Variateurs de fréquences SED2 Bornier moteur Comment marche un moteur ? Bornes réseau ou variateur de fréquence Plaquette de couplage moteur Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Comment marche un moteur ? Variateurs de fréquences SED2 Couplages moteurs Ph1 Comment marche un moteur ? U1 V1 W1 U V Tension réseau Couplage TRIANGLE W Ph2 Ph3 W2 U2 V2 Ph1 U U1 V1 W1 Couplage ETOILE Tension réseau V W Ph2 Ph3 W2 U2 v2 Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquence SED2 Qu'est-ce qu'un variateur ? Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence ? Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Qu’est-ce qu ’un variateur de fréquence ? Un variateur de fréquence converti un courant alternatif (AC) en courant continu (DC), puis en courant alternatif de nouveau à tension et fréquence variable. Qu'est-ce qu'un variateur ? Condendateurs Alimentation réseau Moteur Filtre Diodes de redressage Triacs Variateur Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Filtres Les filtres RFI sont conçus pour réduire les interférences électromagnétiques et les fréquences radio, pouvant être conduites dans les câbles d’alimentation secteur. Ceci afin de respecter les normes CE en matières de pertubations électromagnétique. Qu'est-ce qu'un variateur ? Filtre CEM Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Filtres Classe A ou B Le choix du type de filtre dépend de la demande et des besoins du client, ainsi que du niveau de perturbations et radiations électromagnétique permis. SED2 est équipé en standard de filtres Classe B Qu'est-ce qu'un variateur ? Filtre Class A Emissions [dBuV] Filtre Class B Fréquence [MHz] Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Tension d’alimentation AC Variateurs de fréquences SED2 Redresseur Un pont de diode permet d’obtenir un courant redressé (DC) à partir du courant alternatif (AC) d’alimentation. Qu'est-ce qu'un variateur ? Tension d’alimentation AC Tension de sortie DC Redresseur Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Onduleur Pour produire un courant de sortie de type sinusoidal, le variateur utilise un pont onduleur équipé de triacs IGBT. Ces triacs permettent une modulation du signal de sortie par Impulsion/Pause et modification du temps d’implusion, à haute fréquence. Qu'est-ce qu'un variateur ? Tension Triacs IGBT’s Courant Temps Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Contrôle Tension / Fréquence Contrôle Tension / Fréquence La tension augmente en fonction de l’augmentation de la fréquence Qu'est-ce qu'un variateur ? T = K V/f T = Couple K = constante V = Tension d’alimentation f = Fréquence d’alimentation Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Qu'est-ce qu'un variateur ? Variateurs de fréquences SED2 Contrôle  Vectoriel Contrôle Vectoriel avec ou sans capteur Le variateur suit l’évolution du courant de sortie par un système de mesure précis par rapport à la tension moteur. Qu'est-ce qu'un variateur ? T = K Fs Fr sin j T = Couple K = constante Fs = flux au stator Fr = flux au rotor( calculé ou mesuré) j = Angle de déphasage entre les flux stator et rotor I Appelé I Flux I Total Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Variateurs de fréquence SED2 Difficultés soulevées Difficultés soulevées par l'utilisation d'un variateur ? Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Difficultés soulevées Variateurs de fréquences SED2 Qu’est-ce que les harmoniques ? L'utilisation d'un variateur de fréquence entraîne un appel de courant non sinusoidal sur le réseau, dû au pont redresseur d‘entrée et au pont de condensateurs (DC-link). Ce courant non sinusoidal est composé de plusieurs courant de fréquences multiples. Ces courants "polluent" le réseau aval du variateur, et crééent un suréchauffement des autres équipements. En règle générale, des selfs de lignes d‘entrée sont employées pour réduire ces courants d‘harmoniques, et ainsi améliorer le facteur de puissance global. Difficultés soulevées Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Difficultés soulevées Variateurs de fréquences SED2 Harmoniques d’ordre 3 et 5 Fondamental (50Hz) Harmonique Ordre 3 (150Hz) Harmonique Ordre 5 (250Hz) Résultante réseau Difficultés soulevées Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Difficultés soulevées Variateurs de fréquences SED2 Harmoniques d’ordre 27 et plus Difficultés soulevées Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Difficultés soulevées Variateurs de fréquences SED2 Quelles sont les harmoniques les plus importantes ? Difficultés soulevées Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)

Difficultés soulevées Variateurs de fréquences SED2 Longueurs de câbles Perturbations à fréquences radio (Mhz) Difficultés soulevées Tous les câbles présentent un effet capacitif (négligeable à 50Hz). Les effets capacitifs deviennent importants aux fréquences élevées produites par les variateurs, entraînant un appel de courant supplémentaire et des fuites à la terre. L'effet capacitif augmentant avec la longueur de câble, l'emploi d'un variateur impose l'utilisation de longueurs minimums pour les câbles moteur, ainsi que leur blindage. Janvier 03 Présentation SED2 - Marketing & Technique (TF)