Les fournisseurs de dispositifs de récupération d'énergie pour convertisseurs de fréquence rappellent que, dans l'industrie moderne, les moteurs constituent un type d'équipement énergivore aux applications très diverses. Selon les statistiques, la capacité installée totale de la Chine s'élève à environ 400 millions de kilowatts, pour une consommation annuelle d'électricité d'environ 600 milliards de kilowattheures, soit 70 à 80 % de la consommation industrielle. La Chine utilise principalement des moteurs de petite et moyenne puissance (environ 80 %), qui représentent 90 % des pertes totales d'électricité. En pratique, l'utilisation des moteurs en Chine accuse un retard important par rapport à l'étranger : le rendement unitaire est de 75 %, soit 10 % de moins qu'à l'international ; le rendement global du système, de 30 à 40 %, est inférieur de 20 à 30 % aux normes internationales. Par conséquent, les moteurs de petite et moyenne puissance en Chine présentent un fort potentiel d'économie d'énergie, et la promotion de leur efficacité énergétique est impérative.
Grâce à leur structure simple, leur facilité de fabrication, leur faible coût, leur durabilité, leur fonctionnement fiable et leur capacité à résister aux environnements difficiles, les moteurs asynchrones sont largement utilisés dans la production industrielle et agricole. Leur efficacité énergétique, notamment pour l'entraînement de pompes et de ventilateurs dans diverses industries, est particulièrement appréciée.
Avec le développement rapide des sciences et des technologies, notamment l'essor et l'application des technologies de l'électronique de puissance, de la microélectronique et du contrôle automatique, l'efficacité énergétique des convertisseurs de fréquence s'est considérablement accrue. Ils permettent non seulement une régulation de vitesse continue, mais aussi un fonctionnement efficace sous différentes charges, avec d'excellentes caractéristiques dynamiques, et garantissent un contrôle automatique performant, fiable et précis. Comparée à d'autres méthodes de régulation de vitesse telles que la réduction de tension, l'inversion de pôles, la régulation par glissement ou la régulation en cascade, la régulation de vitesse à fréquence variable offre une grande stabilité, une large plage de régulation et un rendement élevé. Grâce aux progrès de la théorie du contrôle moderne et de l'électronique de puissance, la technologie de régulation de vitesse à fréquence variable pour moteurs à courant alternatif (CA) se perfectionne et s'impose comme la référence. Les variateurs de fréquence sont largement utilisés dans l'industrie.
L'utilisation de convertisseurs de fréquence pour la transmission des signaux de commande de vitesse est rapide, le système de contrôle présente un faible temps de latence, la réponse est sensible, la précision de contrôle du système de réglage est élevée, l'utilisation est aisée et elle contribue à améliorer la productivité, à garantir la qualité et à réduire les coûts de production. Par conséquent, l'utilisation de convertisseurs de fréquence est une solution courante pour économiser l'énergie et réduire la consommation dans les usines et les entreprises minières.
Le dispositif d'économie d'énergie pour moteurs à fréquence variable est une solution révolutionnaire de nouvelle génération pour la commande de moteurs. Basé sur une technologie de contrôle numérique par microprocesseur, il ajuste dynamiquement la tension et le courant du moteur grâce à son logiciel intégré d'optimisation énergétique. Sans modifier la vitesse du moteur, il garantit un couple de sortie parfaitement adapté à la charge, évitant ainsi le gaspillage d'énergie électrique lié à une surpuissance.
Les moteurs à courant alternatif sont actuellement les plus utilisés, représentant environ 85 % de tous les types de moteurs. Ils présentent l'avantage d'une structure simple, d'un faible coût et de l'absence d'entretien. Cependant, leur principal inconvénient réside dans la difficulté de régulation de la vitesse, ce qui limite leur utilisation dans de nombreuses applications ou nécessite l'emploi de dispositifs mécaniques pour y parvenir.
Il existe deux applications typiques des convertisseurs de fréquence, selon le type de charge : 1. Application à couple constant ; 2. Application à couple variable. Leurs principaux objectifs sont : 1. Améliorer les processus en garantissant une vitesse de rotation constante, quelle que soit la charge, et un positionnement précis. Grâce à leurs excellentes performances de régulation de vitesse, ils permettent d'accroître la productivité, d'améliorer la qualité des produits et le confort, de rationaliser les équipements et de contribuer à la protection de l'environnement. 2. Réaliser des économies d'énergie en contrôlant la vitesse des ventilateurs et des pompes nécessitant une régulation de débit ou de pression.
Le principe de la régulation de vitesse à fréquence variable
Les moteurs, tels que les ventilateurs, les pompes à eau, les compresseurs d'air, les pompes hydrauliques et les circulateurs, représentent la grande majorité des équipements consommateurs d'énergie utilisés en entreprise. Du fait de limitations techniques, la quasi-totalité des systèmes de régulation de débit, de pression ou de volume d'air de ces charges sont des systèmes à vannes, où le moteur tourne à sa vitesse nominale et le système assure un débit, une pression ou un volume d'air constant. Lorsque les besoins de fonctionnement de l'équipement évoluent, le débit, la pression ou le volume d'air est ajusté par des soupapes de décharge, des soupapes de sûreté ou des régulateurs proportionnels situés à la sortie, afin de répondre aux variations des conditions de fonctionnement. Le déclenchement de ces soupapes libère une quantité importante d'énergie, qui constitue une partie de l'énergie absorbée par le moteur sur le réseau électrique, entraînant un gaspillage considérable d'énergie électrique. Les caractéristiques de fonctionnement de ce type de charge montrent que la puissance du moteur est proportionnelle au cube de sa vitesse, et que la vitesse est proportionnelle à la fréquence. Si l'on modifie le mode de fonctionnement du moteur afin qu'il ne fonctionne pas toujours à sa fréquence nominale, mais utilise plutôt un système de contrôle de fréquence variable pour le démarrage, l'arrêt et le réglage, sa vitesse peut être ajustée en continu dans une plage de 0 à 2900 tr/min, c'est-à-dire que le débit de sortie, la pression ou le volume d'air peuvent également être ajustés en continu dans une plage de 0 à 100 %, afin de répondre précisément aux besoins de la charge et d'atteindre l'objectif de conservation de l'énergie et de réduction de la consommation.
La vitesse du moteur à courant alternatif est la suivante : n=60f (1-s)/p
Dans la formule : n = vitesse du moteur
F = fréquence du réseau électrique
P = nombre de pôles du moteur
S = taux de glissement
Comme le montre l'équation, la vitesse synchrone n d'un moteur à courant alternatif est directement proportionnelle à la fréquence du réseau électrique f. Par conséquent, modifier la fréquence du réseau permet de modifier la vitesse du moteur et d'atteindre l'objectif de régulation de vitesse.
Principe de la régulation de vitesse à fréquence variable pour les économies d'énergie
La régulation de vitesse à fréquence variable permet de réaliser des économies d'électricité ; comme son nom l'indique, seule cette régulation permet de réduire la consommation électrique. Vous trouverez ci-dessous une analyse des principes d'économie d'énergie pour deux applications de charge typiques.
(1) Applications de charge à couple constant
Une charge à couple constant signifie que, quelles que soient les variations de vitesse, le couple de charge reste constant.
La formule suivante : P=K * T * N
K = coefficient
P = puissance à l'arbre
T = couple de charge
N = vitesse de rotation
La formule ci-dessus montre que la puissance à l'arbre est directement proportionnelle à la vitesse du moteur. En ajustant la vitesse du moteur en fonction des besoins du processus, on obtient naturellement une économie d'énergie proportionnelle.
(2) Applications à charge à couple variable
Les ventilateurs et les pompes centrifuges sont des charges à couple variable typiques, et leur fonctionnement se caractérise par une utilisation continue et prolongée. Le couple de charge étant proportionnel au carré de la vitesse, tout dépassement de la vitesse nominale entraîne une surcharge importante du moteur. C'est pourquoi, en général, les ventilateurs et les pompes ne fonctionnent pas au-delà de leur fréquence nominale.