La consommation des moteurs électriques II

Dans l’article précédent différents facteurs pouvant affecter la consommation énergétique des moteurs électriques ont été discutés. Le présent article y fait suite et traitera des facteurs à considérer lors du choix d’un moteur électrique et de l’importance de corriger les problèmes de distribution électrique et de qualité du courant.

Le choix des moteurs électriques

Le choix d’un moteur électrique et d’un type de transmission adaptés aux besoins est important pour économiser l’énergie. Ce choix dépendra des caractéristiques d’utilisation que sont la puissance, la vitesse et le couple moteur. D’autres facteurs peuvent influencer ce choix tels que l’efficacité, l’alimentation électrique, le boîtier du moteur, le glissement, le facteur de puissance et la température d’opération.

Les moteurs électriques à haute efficacité sont conçus de manière que leurs pertes inhérentes soient réduites par rapport à celles des moteurs électriques standards. Leur achat doit être considéré lorsque la réparation ou le remplacement d’un moteur de moindre efficacité devient nécessaire, particulièrement quand ce dernier a déjà fait l’objet d’un rebobinage ou est surdimensionné. Les moteurs électriques à haute efficacité sont rentables quand le temps d’opération annuel dépasse 2000 heures, où le coût de l’énergie est élevé, quand le coût de réparation d’un moteur est supérieur à 50% du coût d’un moteur neuf ou encore aux endroits où des subventions sont offertes pour les moteurs à haute efficacité. Bien que ce type de moteur coûte de 10% à 15% plus cher, son coût d’opération réduit fait que l’investissement se paie rapidement.

L’efficacité du moteur ne dépend pas de son design seulement. Elle est intimement liée à la charge que le moteur doit actionner. Un moteur sous-chargé augmente les pertes et perd en efficacité. Ce problème est courant car les manufacturiers tendent à utiliser un facteur de sécurité plutôt large lors de la sélection des moteurs. Une autre cause de moteurs sous-chargés est que l’équipement est souvent sous-utilisé. Un moteur peut être choisi de manière à correspondre à la charge maximale d’un équipement, mais en pratique, cet équipement ne sera que très rarement utilisé au maximum de sa charge. Par conséquent, la taille d’un moteur doit être décidée sur la base d’une évaluation minutieuse de la charge.

Bien qu’il n’existe pas de règle toute faite pour déterminer s’il convient ou non de remplacer un moteur, les éléments suivants peuvent aider à faire le bon choix. En règle générale, le remplacement d’un gros moteur fonctionnant à au-delà de 60% de sa capacité n’est pas recommandé. Un moteur qui est très sous-chargé, qui fonctionne à moins de 50% de sa charge, pourrait être un bon candidat pour un remplacement, idéalement par un moteur à haute efficacité. Quand un moteur est modérément sous-chargé, c’est-à-dire qu’il fonctionne entre 50% et 60% de sa charge, il convient d’attendre qu’il brise pour le remplacer. Encore, la décision de remplacer un moteur se fait au cas par cas et doit être faite en prenant en compte tous les facteurs impliqués.

Il existe une alternative au remplacement des moteurs électriques sous-chargés. Si le moteur est câblé en “triangle” il est possible de réduire électriquement sa taille en le reconfigurant en “étoile”. Les termes “triangle” et “étoile” sont utilisés pour décrire la façon dont les bobines d’un moteur sont connectées. Cette reconfiguration a pour effet de réduire la vitesse et le voltage du moteur. Toutefois, cette modification n’est possible que dans les applications où le rapport couple / vitesse est plus faible à charge réduite. Cette modification doit également être évitée quand le bon fonctionnement du système est dépendant de la vitesse du moteur.

Pour les applications où la charge est variable il est important d’analyser la courbe de variation de la charge lors de la sélection du moteur de remplacement. Cette analyse montre si un moteur légèrement en dessous de la charge maximale requise pourrait être utilisé. Ce moteur sera surchargé sur de courte période, ce qui est possible puisque les manufacturiers conçoivent les moteurs avec un facteur de service d’environ 15% au-dessus de la charge nominale. Un critère permettant de déterminer s’il s’agit d’un choix acceptable est que l’augmentation de la température moyenne au cours d’un cycle d’utilisation ne devrait pas excéder l’augmentation de température sous une opération continue à charge maximale.

Distribution électrique et qualité du courant

Les problèmes liés à la distribution électrique sont de plus en plus pris au sérieux dans l’industrie. Les systèmes modernes sont hautement automatisés et contrôlés par ordinateur. Puisque ces équipements doivent être réinitialisés ou resynchronisés après chaque panne de courant, ces pannes causent des pertes de temps de production importantes.

Les principaux types des problèmes de distribution électrique en usine sont : les problèmes de voltage, un mauvais facteur de puissance et l’interférence électromagnétique.

Les problèmes de voltage sont causés, entre autres, par les changements dans la demande sur un cycle jour/nuit ou saisonnier, les moteurs avec un haut courant de démarrage, des transformateurs mal dimensionnés, des conducteurs sous-dimensionnés, de mauvaises connections ou des sources de mauvais facteur de puissance dans le système de distribution. Il est important de corriger les problèmes de voltage puisqu’ils peuvent affecter la performance des moteurs et réduire leur longévité.

Le facteur de puissance représente le rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente. Plus une installation utilise la puissance de façon efficace, plus se rapport sera proche de 1. Dans la pratique, obtenir un facteur de puissance de 1 est impossible, mais l’objectif est de s’approcher de ce résultat le plus possible. Un mauvais facteur de puissance peut être causé par des moteurs qui fonctionnent au ralenti ou qui sont faiblement chargés et par des équipements qui fonctionnent au-dessus de leur voltage normal. Il est possible de corriger les effets d’un mauvais facteur de puissance en installant des banques de condensateurs.

Les variateurs à fréquence variable sont très utiles pour économiser l’énergie, mais ils ont l’inconvénient de produire de hauts niveaux d’interférence électromagnétique. Ce “bruit” est produit par le changement de voltage à très haute fréquence. Ce changement est si rapide qu’il peut atteindre les megahertz. À cette fréquence, l’impulsion électromagnétique peut causer des pannes dans les circuits électroniques tels que les ordinateurs, les circuits de contrôle et de communication. Il est possible de régler ce problème en installant un filtre à la sortie du variateur. Enfermer complètement l’alimentation du moteur dans un conduit métallique de l’entraînement au moteur est une autre solution possible.

Quand une usine rencontre souvent des problèmes d’équipements qui surchauffent, de contrôleurs qui fonctionnent mal, de chutes de tensions fréquentes ou autres, il est recommandé de procéder à un examen de la qualité de l’énergie. Cela aide à identifier les causes et à trouver des solutions économiques.

Ecovision Consultants se fera un plaisir de vous aider dans vos projet de réduction de consommation électrique.

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