Download - Économies d'Énergie Par VVD
L’économie d’énergie grâce à l’utilisation des variateurs électroniques de vitesse
Pour les process et les utilités du bâtiment
72 % de l’électricité consommée sert à faire tourner des moteurs
63 % de cette énergie est utilisée pour la circulation des fluides
La consommation d‘électricité
Compression30 %
Pompage20 %
Ventilation13 %
Process37 %
Les applications concernées
PompageVentilationCompression
Les apports par l’utilisation de variateur de fréquence:
une consommation électrique juste nécessaireplus de performancede confort d’utilisation
Aujourd’hui seulement 5% des installations sont équipées de variateurs de vitesse
L‘ installation classique
Alimentation directe du moteur par le réseau
Vitesse de rotation moteur = vitesse nominale
Variation du débit par un dispositif de restriction ou de perte de charge - vanne, inclineur, ...
L‘ installation classique
La réduction du débit fait chuter très peu la puissance absorbée
Exemple Ventilateur :
régulation de débit par ventelle de sortieà 80% du débit nominal, la puissance consommée est égale à 95% de la puissance nominale
L‘ installation économe avec variateur
Alimentation du moteur par un variateur de vitesse
Suppression du dispositif de restriction
La variation du débit est directement obtenue par la variation de vitesse du moteur
L‘ installation économeavec variateur
La réduction du débit fait chuter énormément la puissance absorbée
Exemple Ventilateur équipé de variateur :
régulation de débit par le variateurà 80% du débit nominal, la puissance consommée est égale à 50% de la puissance nominale
L‘ installation économeavec variateur
Calcul de la Puissance active consommée par un convertisseur de fréquence associé àune charge ayant un couple résistant variable (quadratique) :
Le couple résistant (frottements mécaniques négligés) :C = k1 x n^2 (n = Vitesse de rotation du moteur ; k1 = Constante (varie selon type d'application)La puissance mécanique de cet entraînement est :P = C x n
P = k1 x n^3
Le convertisseur de fréquence fournit au moteur une puissance électrique avec un rendement de l'ordre de 97%:
P VARIATEUR = P / 0,97
Entraînement à vitesse fixe
Variation de débit obtenu par unsystème à perte de charge
Vitesse fixe
La courbe de puissance ventilateur
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Débit
Puissance100 %90 %80 %70 %60 %50 %40 %30 %20 %10 %0 %
Ventelle à la sortie
Ventelle à l’aspiration
Puissance mécanique nécessaire pour obtenir un débit donné
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Débit
Puissance100 %90 %80 %70 %60 %50 %40 %30 %20 %10 %0 %
Entraînement à vitesse variable
Variation de débit obtenu par variation de vitesse du moteur
Vitesse variable
La courbe de puissance ventilateur
Ventelle à la sortie
Ventelle à l’aspiration
Puissance mécanique nécessaire pour obtenir un débit donné
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Débit
Puissance100 %90 %80 %70 %60 %50 %40 %30 %20 %10 %0 %
Entraînement à vitesse variable
Variation de débit obtenu par variation de vitesse du moteur
Vitesse variable
La courbe de puissance ventilateur
Ventelle à la sortie
Ventelle à l’aspiration
Variateur de vitesse
Puissance mécanique nécessaire pour obtenir un débit donné
Ventelle au refoulement
Ventelle à l’aspiration
Variateur
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Débit
Puissance100 %90 %80 %70 %60 %50 %40 %30 %20 %10 %0 %
La courbe de puissance ventilateur
Puissance mécanique nécessaire pour obtenir un débit donné
La courbe de puissance pompe
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Débit
Puissance100 %90 %80 %70 %60 %50 %40 %30 %20 %10 %0 %
Vanne de régulation
Variateur
Puissance mécanique nécessaire pour obtenir un débit donné
La courbe de rendement d‘un moteur
Sans variateur, la puissance active consommée par un moteur entraînant une pompe ou un ventilateur, sera pour un débit donné:
P SANS VARIATEUR = P NOMINALE MOTEUR x (1/s) x (I / In) x f1(Q)
s = Rendement nominal du moteur selon la vitesse I / In = Courant absorbé par le moteur à 100% de charge / courant nominal f1(Q) = Puissance en fonction du débit pour un ventilateur ou une pompe
(voir les courbes ci-dessus pour les valeurs exactes)
La puissance réactive Q s'obtient avec :
Q = P SANS VARIATEUR x (sin phi/cos phi)
Evaluation des économies d‘énergie
Avec variateur, la puissance active consommée par un moteur entraînant une pompe ou un ventilateur sera, pour un débit donné :
P = PNOMINALE MOTEUR x 1/s x (I / In) x f2(Q) x 1/v x f3(Q)
f2(Q) = Puissance en fonction du débit avec un variateur de vitesse (voir les courbes ci-dessus pour les valeurs exactes)
f3(Q) = Rendement en fonction de la vitesse (voir les courbes ci-dessus pour les valeurs exactes)
w = Facteur de correction du rendement moteur en fonction de la vitesse v = Rendement du variateur
La consommation de puissance réactive de l'ensemble moteur-variateur est nulle.
Evaluation des économies d‘énergie
Exemple : PompageFerme Arbor - Oulmès, Maroc
Centrale de distribution de l’eau d’irrigation2 pompes de refoulement 45KWrégulation du débit en fonction de la pression avec vanne de recirculation vers un réservoirHauteur manométrique: H = 0 m
P SANS VARIATEUR = P NOMINALE MOTEUR x (1/s) x (I / In) x f1(Q)
Pn = 45KWs = 0,93I/In = 1Cos phi = 0,87
La pompe fonctionne 10h/ jour comme suit:100% débit pendant 1h f1(Q) = 180% débit pendanr 4h f1(Q) = 0,9950% débit pendant 5h f1(Q) = 0,94
P(100%) = 45 x 1/ 0,93x 1 x 1 = 48,39KW - t = 1hx300 = 300h/anP(80%) = 45 x 1/0,93 x 1x 0,99 = 47,9KW - t = 4hx300 = 1200h/anP(50%) = 45 x 1/0,93 x 1 x 0,94 = 45,5KW - t = 5hx300 = 1500h/an
Calcul des énergies consommées:
E(100%) = P x t = 48,39 x 300 = 14516 KWhE(80%) = P x t = 47,9 x 1200 = 57483 KWhE(50%) = P x t = 45,5 x 1500 = 68225 KWh soit un total annuel de
140225KWh au coût de 112 180Dhs (0,8Dhs/KWh)
La consommation de puissance réactive est: 79470 KVARh (cos phi = 0,87)
Exemple de calcul
Exemple : PompageFerme Arbor - Oulmès, Maroc
P = PNOMINALE MOTEUR x 1/s x (I / In) x f2(Q) x f3(Q)
F3(Q) = 1/v * 1/w
Pn = 45KW
s = 0,93
f2(Q) = 100% = 1 – 80% = 0,51 – 50% = 0,13
v:à 100%) = 1 – à 80% = 0,98 – à 50% = 0,93
w = 0,97I/In = 1Cos phi = 1
P(100%) = 45 x 1/ 0,93x 1/0,97 x 1 = 49,88KW - t = 1hx300 = 300h/anP(80%) = 45 x 1/0,93 x 1/0,98x 1/0,97 x 0,51 = 25,9KW - t = 4hx300 = 1200h/anP(50%) = 45 x 1/0,93 x 1/0,93x 1/0,97 x 0,13 = 7 KW - t = 5hx300 = 1500h/an
Calcul des énergies consommées:
E(100%) = P x t = 14965 KWhE(80%) = P x t = 31152 KWhE(50%) = P x t = 10459 KWh soit un total annuel de
56576KWh au coût de 45 261Dhs (0,8Dhs/KWh)Soit une économie de 60% d’énergie et un amortissement en 13 mois
(Coût de l’installation du variateur = 65000 Dhs)
La consommation de puissance réactive est nulle: 0Kvar (hors courants harmoniques)
Exemple de calcul
Exemple : Ventilation 15 kW/90 kWTEMIC Semiconducteurs - Nantes, France
Air recyclé
Air recyclé
Air neuf
Centrale d’air destinée à l ’usine de production
Économie d’énergie : 127 kWh / anInvestissement : 36 k€Retour sur investissement :13 mois
Débit utilesans variateur avec variateur
m3/h kW kW125000 90 9092300 73 5476800 71 2168000 71 20
Puissance consommée
Exemple : Ventilation 3 … 37 kWThomson Multimédia - Villingen, Allemagne
Préparation d’air destinée aux salles blanches avec 7 ventilateurs
Économie d’énergie : 500 kWh / an49 k€ / an
Investissement : 65 k€
Retour sur investissement :16 mois
Débit utilesans variateur avec variateur
m3/h kW kW45000 37 3722500 31 4,6
Puissance consommée
Filtre + climatisation
Les applications - Ventilation
Protection thermique variateur et moteur, alarme sur sortie logique
Reprise à la volée avec recherche de vitesse
Fonction « Marche ou crève » pour désenfumage tunnel
Configuration du type d’arrêt sur défautexterne
Maintien de la vitesse sur perte 4-20mA
Fonction économie d’énergie
Les applications - Pompage
Carte option commutation de pompes pilotage d’une installation complète de pompage avec un seul variateurpermutation configurable
Limitation du nombre des démarrages
Régulateur PI intégréMaintien d’une pression constante dans le réseauConsignes de débit présélectionnéesPassage Auto / Manu
Fréquences occultées protection de la mécanique