Le fournisseur du dispositif de retour d'énergie pour onduleur rappelle que la consommation d'énergie du moteur électrique entraînant la charge représente plus de 70 % de la consommation électrique totale. Par conséquent, la réduction de la consommation d'énergie du moteur électrique et de la charge qu'il entraîne revêt une importance sociale et économique considérable.
Il existe deux principaux moyens d'économiser l'énergie des moteurs électriques et de leurs charges : l'amélioration du rendement du moteur ou de la charge, par exemple en installant un ascenseur doté d'un système intelligent. Dans un immeuble, plusieurs ascenseurs circulent souvent dans le même sens, ce qui engendre une forte consommation d'électricité. Comment rendre les ascenseurs intelligents et économes en énergie ? Les technologies de contrôle modernes apportent une solution à ce problème. Les « neurones artificiels », véritables centres de traitement de l'information et banques de données, enregistrent le fonctionnement des ascenseurs chaque semaine. À partir de ces données, ils génèrent le mode de fonctionnement le plus économe en énergie, pilotent les différents ascenseurs de l'immeuble, optimisent leur répartition des tâches, les placent au bon endroit au bon moment, facilitent la montée et la descente des passagers et réduisent le nombre de démarrages et de trajets. Pour les ascenseurs partagés, les économies d'énergie peuvent dépasser 30 %. Par ailleurs, d'autres mesures d'économie d'énergie visent à améliorer le rendement des moteurs électriques : l'extinction automatique de l'éclairage des ascenseurs lorsqu'ils sont inoccupés, l'arrêt automatique ou la réduction de la vitesse des escaliers mécaniques, etc. La seconde consiste à reconvertir l'énergie mécanique fournie par le moteur à la charge en énergie électrique et à la réinjecter dans le réseau électrique, afin de réduire la consommation d'énergie du moteur et de la charge par unité de temps et ainsi réaliser des économies d'énergie. Le système de récupération d'énergie est un dispositif typique de cette seconde catégorie.
Comme chacun sait, les moteurs électriques possèdent de l'énergie cinétique mécanique lorsqu'ils entraînent des charges en rotation. Si ces moteurs actionnent des charges qui se déplacent verticalement (ascenseurs, grues, vannes de réservoir, etc.), ces charges possèdent de l'énergie potentielle. Lorsque le moteur électrique ralentit la charge, son énergie cinétique mécanique est libérée. De même, lorsque l'énergie potentielle de la charge diminue (son énergie potentielle diminue), son énergie mécanique est également libérée. Si ces deux formes d'énergie mécanique peuvent être efficacement converties en énergie électrique et réinjectées dans le réseau électrique, l'objectif de conservation de l'énergie peut être atteint.
Analyse des économies d'énergie des ascenseurs
L'ascenseur à régulation de vitesse par convertisseur de fréquence possède une énergie cinétique mécanique maximale une fois sa vitesse de fonctionnement maximale atteinte. Avant d'atteindre l'étage de destination, il doit ralentir progressivement jusqu'à l'arrêt complet. Durant cette phase, la charge de l'ascenseur dissipe son énergie cinétique mécanique. Le convertisseur de fréquence convertit cette énergie mécanique en énergie électrique via le moteur électrique et la stocke dans le condensateur de grande capacité du bus continu. Ce condensateur se comporte alors comme un petit réservoir à capacité limitée. Si l'énergie qu'il contient n'est pas évacuée rapidement, un débordement peut se produire. De même, si l'énergie stockée dans le condensateur n'est pas déchargée rapidement, une surtension peut survenir. Actuellement, les convertisseurs de fréquence utilisent des dispositifs de freinage ou des résistances de puissance externes pour compenser la capacité des condensateurs, ce qui dissipe l'énergie stockée dans ces résistances. Les onduleurs peuvent restituer l'électricité stockée dans de grands condensateurs au réseau électrique sans consommation, atteignant ainsi l'objectif d'économie d'énergie et éliminant le besoin de résistances de forte puissance qui consomment de l'électricité et génèrent de la chaleur, améliorant considérablement l'environnement de fonctionnement du système.
L'ascenseur représente une charge potentielle. Afin de répartir uniformément cette charge, il est composé de la cabine et de contrepoids. Ce n'est que lorsque la capacité de charge de la cabine atteint environ 50 % (par exemple, un ascenseur de 1 000 kg transportant environ 7 passagers) que le contrepoids est en équilibre. Dans le cas contraire, une différence de masse entre la cabine et le contrepoids génère de l'énergie potentielle mécanique lors du fonctionnement de l'ascenseur. Lors de la montée, l'énergie potentielle mécanique absorbée par le moteur électrique et convertie par le réseau augmente. Lors de la descente, cette énergie potentielle diminue et est libérée sous forme d'énergie électrique stockée dans le condensateur du bus continu du convertisseur de fréquence, via le moteur électrique. Le dispositif de récupération d'énergie réinjecte ensuite cette énergie dans le réseau.
L'analyse, les calculs et les essais de prototypes démontrent que plus la vitesse de l'ascenseur est élevée, plus l'étage desservi est élevé et plus la consommation liée à la rotation mécanique est faible, plus l'énergie réinjectée dans le réseau électrique est importante. La quantité d'électricité réinjectée peut atteindre environ 50 % de la consommation totale de l'ascenseur, ce qui représente une efficacité énergétique d'environ 50 %.
L'analyse ci-dessus indique que l'utilisation de dispositifs de récupération d'énergie permet de réaliser d'importantes économies d'énergie dans les équipements à mouvements verticaux rapides, tels que les ascenseurs et les grues. De plus, elle permet également de réaliser d'importantes économies d'énergie dans les équipements tels que les locomotives électriques et les raboteuses à portique, qui effectuent des démarrages et des freinages fréquents.
Structure et principes de commande de base des dispositifs d'économie d'énergie
La structure du circuit principal du dispositif de rétroaction d'énergie est illustrée sur la figure 1, principalement composée d'un pont complet IGBT triphasé (transistor bipolaire à grille isolée), d'une inductance en série, d'un condensateur de filtrage et de quelques circuits périphériques.
Application des dispositifs de rétroaction énergétique à la conservation de l'énergie dans les ascenseurs
Figure 1 : Schéma du circuit principal et du mode de connexion du dispositif de rétroaction d'énergie PFE
Sa borne de sortie est reliée aux bornes d'entrée R, S et T du convertisseur de fréquence de l'ascenseur. Deux diodes d'isolation, VD1 et VD2, sont montées en série à l'entrée et connectées à la ligne PN du convertisseur. Lorsque l'ascenseur produit de l'électricité par récupération d'énergie, la tension du bus du convertisseur augmente. Après passage à travers VD1 et VD2, la tension du bus du dispositif de rétroaction augmente également. Lorsque cette tension dépasse le seuil de déclenchement, le dispositif de rétroaction s'active et réinjecte de l'énergie électrique dans le réseau.
La fonction du dispositif de retour d'énergie peut être décrite à l'aide de la figure 2. Le circuit de commande (dans le cadre en pointillés) est composé d'une puce logique programmable micro-ordinateur monopuce et d'un échantillonneur de signal périphérique, couplés à une conception logicielle hautement redondante, permettant au circuit de commande d'identifier automatiquement la séquence de phase, la phase, la tension et les valeurs instantanées du courant du réseau électrique triphasé alternatif, et de contrôler de manière ordonnée l'IPM (module de puissance intelligent) pour fonctionner en mode PWM, garantissant ainsi que l'énergie CC puisse être rapidement renvoyée au réseau électrique alternatif.
Application des dispositifs de rétroaction énergétique à la conservation de l'énergie dans les ascenseurs
Figure 2 Schéma fonctionnel du dispositif de rétroaction d'énergie
Il existe actuellement des dispositifs de rétroaction énergétique disponibles, qui présentent les caractéristiques suivantes :
① Remplacement des éléments chauffants tels que les résistances de freinage, élimination des sources de chaleur, amélioration de l'environnement de la salle des machines, réduction des effets néfastes des températures élevées sur les composants tels que les moteurs et les systèmes de contrôle, et prolongation de la durée de vie des ascenseurs ;
② Il peut éliminer instantanément la tension de la pompe, améliorer efficacement les performances de freinage de l'ascenseur et améliorer le confort de l'ascenseur ;
③ En utilisant une stratégie de contrôle de phase, l'interférence harmonique du convertisseur de fréquence entraînant l'ascenseur sur le réseau électrique peut être efficacement supprimée, purifiant ainsi le réseau électrique ;
④ La forme d'onde de la tension de sortie est bonne, le facteur de puissance est élevé, il n'y a pas de circulation pulsatoire et sa tension correspond à la tension du réseau ;
⑤ Disposer de mesures d’isolation électrique efficaces qui n’interfèrent pas avec d’autres équipements électriques et ne sont pas perturbées par des facteurs externes ;
⑥ Le produit possède un haut degré d'intelligence, un fonctionnement stable, une sécurité et une fiabilité élevées, et diverses fonctions de protection contre les pannes et d'alarme sont complètes ;
⑦ Tant que la sélection est correcte, le câblage est correct et qu'il n'y a pas besoin de débogage, il peut être mis en service ;
⑧ Le produit possède une structure simple, une taille compacte et une installation et un entretien faciles.