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





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




Variateur de vitesse


Ventelle au refoulement


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 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


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

Documents

Économies d'Énergie Par VVD