Variateurs de vitesse, un investissement valable.

variateur de vitesse

L’utilisation de moteurs électriques dans les bâtiments et en industrie est très répandue, que ce soit pour faire fonctionner des pompes, des ventilateurs, des convoyeurs ou autre. Or, beaucoup des moteurs en usage actuellement n’ont que deux états possibles : soit ils sont éteints, soit ils fonctionnent à plein régime. L’ajustement se fait en aval, en bloquant une partie du travail produit. Un exemple courant est l’utilisation de volets pour contrôler le débit d’air poussé par un ventilateur dans un système de ventilation. Cette méthode de contrôle est tout aussi inefficace que de conduire sa voiture en maintenant toujours l’accélérateur appuyé à fond, mais en appuyant plus ou moins fort sur le frein pour contrôler la vitesse. De l’énergie est consommé au maximum pour produire un travail, mais on se débarrasse immédiatement de la portion dont on n’a pas besoin. Malgré ce fait, on estime que 60% des moteurs actuellement en fonction sont contrôlés de cette manière. Il est souvent beaucoup plus efficace d’utiliser des variateurs de vitesse pour ajuster le régime du moteur en fonction des besoins.

 Description de l’entraînement à vitesse variable

Selon les lois physiques qui interviennent dans le fonctionnement des pompes et des ventilateurs, le débit est proportionnel à la vitesse de l’arbre du moteur. La puissance, quant à elle, est égale au cube de la vitesse de l’arbre du moteur. En d’autres mots, réduire la vitesse d’un moteur de moitié permet de réduire 8 fois sa puissance (2³ = 8). Cela illustre l’avantage indéniable qu’il y a à réduire la vitesse de rotation d’un moteur en fonction des besoins. Il existe différents types de variateurs de vitesse. Les plus communs sont les variateurs mécaniques, assez semblable dans leur fonctionnement au changement d’engrenage sur une bicyclette, les variateurs hydrauliques et les variateurs électromagnétiques. Cet article se concentrera sur les variateurs électromagnétiques.

L’embrayage à courants de Foucault est l’un des plus anciens et des plus simples variateurs de vitesse électromagnétiques. Il est en usage dans les applications industrielles depuis plus de 50 ans. Il est composé d’un moteur électrique à vitesse constante et d’un système d’embrayage électromagnétique relié à un contrôleur digital. Un tambour rotatif est connecté à l’arbre du moteur. À l’intérieur du tambour vient s’insérer un couplage muni d’une bobine électromagnétique. Un mince espace d’air sépare la surface intérieure du tambour et celle du couplage. Quand un courant électrique est appliqué à la bobine, un courant magnétique est généré. Par ce courant magnétique, la rotation du tambour est transmise au couplage. Plus le courant envoyé à la bobine est élevé, plus le champ magnétique produit par la bobine sera fort. On peut par conséquent varier la vitesse simplement en variant l’intensité du courant électrique.

Le convertisseur de fréquence AC est un autre moyen de contrôler la vitesse d’un moteur. Le voltage principal AC est converti en voltage DC. Le voltage et le courant DC sont filtrés pour atténuer les pics avant d’être envoyés à un onduleur où il sera converti en un courant AC dont le voltage et la fréquence sont variables. L’alimentation du moteur est contrôlée de manière à ce que le rapport entre le voltage et la fréquence reste constant. Cela permet à un moteur ACC de fournir son couple nominal jusqu’à sa vitesse nominale.

Les avantages des systèmes à entraînement variable

L’utilisation de variateurs de vitesse permet d’ajuster la vitesse et le couple d’un moteur en fonction des besoins. Ces variateurs ont aussi pour effet de réduire le courant d’appel lors du démarrage d’un moteur ce qui contribue à protéger les équipements. Dans certaines application le contrôle de la vitesse est crucial. En industrie, des convoyeurs doivent accélérer progressivement pour éviter d’abîmer les produits qu’ils transportent. Les ascenseurs et les escaliers mécaniques ne doivent pas accélérer brusquement et, dans le cas des ascenseurs, un positionnement précis est crucial. Dans ces cas aussi un variateur de vitesse permet un fonctionnement précis, confortable et sécuritaire de l’équipement.

Le plus grand avantage des variateurs de vitesse reste sans contredit l’économie d’énergie qu’ils rendent possible. Comme dit en introduction, faire varier la vitesse d’un moteur est de loin plus économique que de le faire tourner à plein régime pour ensuite limiter le travail qu’il produit au niveau que l’on désire. Pour les pompes et les ventilateurs, cette économie d’énergie peut s’élever jusqu’à 70%. En règle générale, cet investissement se paie par lui-même en 1 à 2 ½ ans.

Cela dit, les variateurs de vitesses ne sont pas une solution miracle et dans certaines applications leur usage n’est pas justifiable. L’avantage des variateurs de vitesse réside dans leur capacité à faire fonctionner un moteur à différents régimes. Dans certaines applications où le moteur doit fonctionner à vitesse constante ou variant très rarement, l’installation de variateurs de vitesse n’aura pas un gros impact sur l’économie d’énergie. Enfin, le coût très bas de l’énergie dans certaines régions pourrait faire qu’une grande économie en énergie se traduise en une économie monétaire négligeable. Dans ce cas l’investissement dans des variateurs de vitesse pourrait ne pas être rentable.

L’équipe d’Ecovision se fera un plaisir de vous conseiller sur les différents moyens de rendre vos installations plus économiques en termes de consommation d’énergie. Contactez-nous pour discuter de votre projet.

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