Ventilation en milieu industriel

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Améliorer la performance énergétique de la motorisation

La très grande majorité (98 %) des moteurs de ventilateurs utilisés en ventilation industrielle sont asynchrones. Leur rendement est relativement important, souvent au-delà de 80 %. Ces machines ont des taux d'utilisation très élevés (le régime en 3×8 représente environ 90 % de la consommation des moteurs de plus de 10 kW) et une légère augmentation du rendement (1 à 2 points de rendement) est très rapidement source de gains énergétiques importants. 

S’assurer du bon dimensionnement du moteur

Le rendement d'un moteur asynchrone est relativement constant entre 50 et 100 % de la vitesse nominale et diminue de façon sensible en dessous de 50 % (cf. figure 1).


Figure 1 : Évolution du rendement d'un moteur en fonction de sa charge (Pn est la puissance nominale)

 

À partir d'un taux de charge inférieur à 30 %, le rendement se dégrade fortement et le fonctionnement du moteur n'est pas optimal. Il est important de noter qu'un moteur demande la puissance qui lui est imposée par la charge. 

Ainsi, un moteur de 60 kW fonctionne parfaitement si le ventilateur ne nécessite que 15 kW et ne demandera alors qu'une puissance, P, de 15 kW (P = 0,25 × Pn). Cependant, ce ventilateur peut également être entraîné par un moteur de 15 kW (P = Pn), cela permet d'obtenir un gain de rendement important et un gain d’énergie réactive (cos φ).

À savoir

Le cosinus phi représente la valeur du déphasage angulaire entre la tension et l'intensité du courant dans un circuit alternatif. Ce déphasage est dû au récepteur qui est constitué d'une impédance complexe composée d'une partie résistive (résistance), qui correspond à la puissance active du circuit, et d'une partie réactive (réactance), qui correspond à la puissance réactive. La formule suivante permet le calcul du Cos φ : 

Cos φ = P / S

P : Puissance active (W)
S : Puissance apparente (VA)

Exemple : Importance du Cos φ ou du facteur de puissance

  • Cas d'un réseau possédant un bon facteur de puissance :

    P = 1000 W
    U = 200 V
    Cos φ = 0,9
    L'intensité en ligne I est :
    I = P / ( U * Cos φ) = 1000 / (200 * 0,9) = 5,55 A.

  • Cas d'un réseau possédant un mauvais facteur de puissance :

    P = 1000 W
    U = 200 V
    Cos φ = 0,5
    L'intensité en ligne I est :
    I = P / ( U * Cos φ) = 1000 / (200 * 0,5) = 10 A.

L'intérêt à avoir un bon Cos φ, proche de 1, est très important. En effet, si le Cos φ est petit, le déphasage est important et pour une puissance wattée donnée il faudra fournir une puissance apparente plus grande d'où une intensité plus grande.

Utiliser des moteurs à haut rendement

Depuis 2011, la norme IEC 60034-30 établit de nouvelles classes de rendement pour les moteurs asynchrones triphasés :

  • IE1 : Rendement standard ;
  • IE2 : Haut rendement ;
  • IE3 : Rendement Premium ;
  • IE4 : Rendement Super Premium.

Ces quatre classes de performances correspondent à des plages de rendement précises (cf. figure 2).


Figure 2 : Classification de rendement des moteurs : Exemples d'un moteur 1500tr/min, 4 pôles, 50 Hz

 

La directive ErP (Energy related Product) sur les moteurs est à l'origine du règlement N°640/209 : moteurs électriques" par "La directive ErP (Energy related Product) est à l'origine du règlement N°640/209 qui concerne les moteurs électriques. D'après ce règlement, seuls les moteurs de classe IE2 équipés d'un variateur de vitesse, de classe IE3 et de classe IE4 peuvent être mis sur le marché. Il est important de rappeler que ce règlement ne concerne pas les moteurs déjà installés, ni réparés.

Règles de bonnes pratiques

L'utilisation d'un moteur de classe IE3 est indispensable, puisque son surcoût est très vite amorti par les gains d’exploitation, généralement sur 1 an, en sachant que ces moteurs peuvent fonctionner plus de 15 ans.

À savoir : Règlement N°640/209 : Moteurs Électriques

Les échéances obligatoires :

  • Depuis le 16 juin 2011, les moteurs d’une puissance nominale comprise entre 0,75 et 375 kW doivent avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE2.
  • À partir du 1er janvier 2015, les moteurs d’une puissance nominale comprise entre 7,5 et 375 kW doivent :
    • soit avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3 ;
    • soit atteindre le niveau de rendement IE2 et être équipé d’un variateur de vitesse.
  • À partir du 1er janvier 2017, les moteurs d’une puissance nominale comprise entre 0,75 et 375 kW doivent :
    • soit avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3 ;
    • soit atteindre le niveau de rendement IE2 et être équipé d’un variateur de vitesse.