Efficacité système et coût énergétique moindre

Les normes CEI 61800-9 fixent les nouveaux critères pour l'évaluation de l'écoconception des systèmes d'entraînement et des applications entraînées.

La partie 1 de la série définit les exigences générales pour l'établissement des normes d'efficacité énergétique des entraînements électriques à vitesse variable et de leurs composants d'entraînement. Cette partie de la norme CEI 61800-9 sert en plus de base pour l'élaboration des normes spécifiques produit et décrit le concept d'approche produit étendu.

Pour nous, en tant que fournisseur de solutions d'entraînement et d'automatisation complètes, la partie 2 de la norme CEI 61800-9 fait autorité. Cette partie permet la mise en pratique des principes de base définies dans la partie 1. Elle comporte la méthodologie pour déterminer les pertes du système d'entraînement complet (PDS : Power Drive System) et du variateur de vitesse (CDM : Complete Drive Module) ainsi que la définition des classes de rendement pour PDS et CDM dans la plage de puissance de 0,12 à 1 000 kW.

Ce n'est donc plus seulement la consommation énergétique du moteur qui est prise en compte et classifiée mais aussi celle des variateurs de vitesse et ainsi du système complet. Est également pris en considération le fait que les entraînements sont souvent exploités en dehors de leur point de fonctionnement de référence. Chaque application est caractérisée par un profil de charge qui influence directement la charge du système d'entraînement. La norme CEI 61800-9 répond aussi à ces exigences. Elle fixe huit critères d'exploitation pour différents couples et vitesses de sorte que l'efficacité énergétique peut aussi être évaluée dans la plage à charge partielle. Ne sont pas prises en compte les conditions d'exploitation qui dépassent les données nominales des composants. Lorsqu'un système d'entraînement est souvent exploité en surcharge, ce qui est par exemple le cas avec des convoyeurs avec des démarrages fréquents, l'évaluation des pertes énergétiques selon les termes de cette norme n'est pas possible.

La classification IE permet d'évaluer l'efficacité énergétique des moteurs triphasés asynchrones. Les classes IE1 à IE4 définies dans la norme internationale CEI 60034-30-1 donnent une indication sur le rendement du moteur à son point de fonctionnement de référence. La classification de l'efficacité énergétique du moteur est facile, mais ne renseigne pas sur son comportement dans la plage à charge partielle.

Dorénavant, la norme internationale CEI 61800-9-2 permet également d'indiquer les pertes pour la plage à charge partielle en dessous du point de fonctionnement de référence et de les comparer à celles d'un moteur de référence classé IE2. La combinaison des pertes du moteur et des pertes du variateur de vitesse permet en outre de calculer les pertes globales d'un système d'entraînement dans la plage définie par la norme.

La méthode de détermination de la classe IE du moteur ne change pas. Elle est toujours calculée à partir du rendement au point de fonctionnement de référence.

À travers le monde entier, les exigences légales de rendement minimal aux moteurs asynchrones sont différentes. Les informations utiles à ce sujet sont disponibles via les outils de calcul d'efficacité énergétique dans la rubrique "Ingénierie & sélection" du portail Online Support.

Accéder au outils de calcul d'efficacité énergétique de Online Support

Afin de pouvoir évaluer l'efficacité énergétique des variateurs de vitesse (CDM), la norme CEI 61800-9-2 définit les classes IE pour les appareils dans la plage de puissance de 0,12 à 1 000 kW. À l'inverse des moteurs, ce n'est pas le rendement en % qui est pris en compte pour la définition de la classe d'efficacité des variateurs de vitesse, mais les pertes relatives du CDM par rapport à sa puissance apparente de sortie nominale. Pour empêcher les effets de surmodulation, l'évaluation est faite à 90 % de la tension de sortie et 100 % du courant générateur de couple. Les pertes relatives sont comparées à celles d'un CDM de référence de classe IE1. Si les pertes relatives du CDM évalué sont inférieures d'au moins 25 % à celles du CDM de référence, la classe IE2 est atteinte. Si elles sont supérieures de plus de 25 %, il sera classé IE0.

L'indication des pertes d'un CDM aux autres points de fonctionnement associées aux pertes du moteur permet de déterminer les pertes globales du système d'entraînement.

À ce jour, contrairement aux règlementations en vigueur pour les moteurs asynchrones, il n'existe pas de prescriptions légales pour l'atteinte d'une classe de rendement spécifique avec les variateurs de vitesse.

L'objectif principal de la norme CEI 61800-9-2 est de permettre l'évaluation énergétique et la comparaison de systèmes d'entraînement composés d'un moteur et d'un variateur de vitesse dans la plage de puissance de 0,12 à 1 000 kW.

C'est pourquoi les classifications IES0, IES1 et IES2 sont attribuées en fonction de l'efficacité énergétique globale. En additionnant les pertes du moteur et du variateur de vitesse au point de fonctionnement nominal, on obtient les pertes du PDS à ce point. En considérant cette valeur par rapport à la puissance nominale, on obtient les pertes relatives du système. Ces pertes sont ensuite comparées à celles d'un PDS de référence définies dans la norme.

Le PDS de référence a la classe d'efficacité IES1. Si les pertes relatives du PDS évalué sont inférieures d'au moins 20 % à celles du PDS de référence, la classe IES2 est atteinte. Si elles sont supérieures de plus de 20 %, le PDS sera classé IES0.

En particulier pour un PDS, l'évaluation des autres points de charge définies par la norme est intéressante. En additionnant les pertes des différents composants aux autres points de fonctionnement, les fabricants et exploitants d'installations peuvent calculer la consommation énergétique du système d'entraînement dans leur application. Ce calcul est valable pour la plage de charge en dessous du point de fonctionnement de référence définie dans la norme et ne devrait être utilisé en priorité que pour des applications avec une faible dynamique et un comportement en fonctionnement constant.

Ceci s'avère particulièrement simple et efficace lorsque le moteur et le variateur de vitesse sont approvisionnés auprès d'un seul et même fournisseur tel que SEW-USOCOME. Les deux composants sont alors parfaitement ajustés l'un par rapport à l'autre pour l'optimisation maximale de l'application et offrent un niveau d'efficacité système élevé !

Parmi nos systèmes d'entraînement décentralisés, nous préconisons nos systèmes d'entraînement intégrés (PDS), comme par exemple notre MOVIMOT^® maintes fois éprouvé. Un entraînement MOVIMOT^® associe le moteur triphasé et le variateur de vitesse dans une carcasse ; avec les moteurs de type DRE.. (IE2) et DRN.. (IE3), il obtient la classe d'efficacité système la plus élevée, à savoir IES2. En standard, nous vous proposons aujourd'hui déjà les MOVIMOT^® avec moteurs IE4 du type DRU.. .

Aujourd'hui, nous sommes en mesure d'indiquer la classe de rendement système du MOVIMOT^® avec un moteur de type DRE.. et aussi de mettre à disposition les valeurs de perte aux autres points de fonctionnement.

Si, par exemple, le MOVIMOT^® doit être exploité sur une application de convoyage, les pertes sur la plage à charge partielle peuvent être déterminées.

En cas de charge complète du système d'entraînement, ce sont en effet les pertes à 100 % du couple nominal et sur la totalité de la plage de vitesse qui sont importantes. Si, par exemple, le MOVIMOT^® est exploité avec une puissance nominale de 0,75 kW (DRE80M4 MM07), les pertes sous couple constant et seront de 158 W à 237 W selon la vitesse ; elles sont inférieures de jusqu'à 40 % aux valeurs de référence définies dans la norme EN 61800-2 pour le point de fonctionnement de référence. Dans la plage à charge partielle, les pertes sont nettement en dessous des valeurs de référence.

Sur demande, nous mettons à votre disposition les informations sur les pertes d'autres MOVIMOT^®.

Les systèmes d'entraînement mécatroniques haute efficacité MOVIGEAR^® ont déjà une longueur d'avance ! L'intégration en un ensemble complet du moteur, du convertisseur de fréquence et du réducteur, bien que non prescrite à ce jour par une norme, permet de minimiser les pertes et d'augmenter l'efficacité des installations.