Analyse des équipements électriques en vue de mettre en œuvre une technique d’audit de l’énergie électrique Poste de transformateur Sommaire Motorisation Facturation Prof Mohamed Cherkaoui EMI-UM5 de Rabat 1 Moteurs électriques L’amplitude de la force varie proportionnellement à l’intensité du champ magnétique et au courant parcourant le conducteur. F=I.L.B •F : Force de La Place, •I : Intensité du courant parcourant le conducteur, •L : Longueur du conducteur. 2 Catégories des moteurs électriques 1. Moteur Asynchrone; 2. Machine synchrone ; 3. Machine à courant continu; 4. Autres ….. Pas à pas ou autres. Ces moteurs servent à transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Chacune des grandes catégories de moteurs possède des caractéristiques adaptées à des applications particulières. 3 Moteurs Asynchrones Les moteurs Asynchrones sont des moteurs à courant alternatif (c.a.) , appelés également moteurs à induction. Ils sont les moteurs les plus répandus dans les secteurs industriels et commerciaux. On les subdivise comme suit : les moteurs à cage d'écureuil, les moteurs à rotor bobiné. 4 Moteurs Synchrones Les Moteurs Synchrones sont des moteurs à courant alternatif (c.a.) et sont le plus souvent utilisées pour les applications industrielles de très grande puissance ou dans les cas où une vitesse précise est nécessaire. On les subdivise comme suit : – les machines à pôles lisses, – les machines à pôles saillants. 5 Moteurs à Courant Continu On utilise des moteurs à courant continu pour les applications nécessitant une régulation précise de la vitesse. On les subdivise en quatre groupes, selon le mode de raccordement de leurs enroulements : – Enroulements séparés, – Enroulements série, – Enroulements en shunt, – enroulements compound. 6 Moteurs Asynchrones • Les machines asynchrones sont : – très robustes, – faciles à mettre en œuvre, – peu encombrantes, – très fiables. • Ces machines sont surtout utilisées comme moteurs : 80% des moteurs électriques sont des moteurs asynchrones. • Leur gamme de puissance s’étale de quelques watts à une dizaine de mégawatts. 7 Moteurs Asynchrones 30 Γ (N.m) 25 20 15 10 5 0 1500 0 n (tr/min) 8 Démarrage Classique de la machine • Pour que le démarrage du moteur asynchrone soit possible il faut que deux conditions soient remplies. – Le couple à l’arrêt (g = 1) doit être supérieur au couple de la charge d’une part, – et d’autre part, le courant absorbé ne doit pas être trop important sous peine de destruction de la machine. Or, pour une alimentation normale de la machine asynchrone, pour g = 1, le courant absorbé est très important et le couple est faible. Une diminution de la tension d’alimentation peut permettre de réduire le courant absorbé mais entraîne également une forte diminution du couple moteur. Cette méthode n’est donc utilisée que pour le démarrage à vide des moteurs à cage, en général sous forme de modification du montage statorique (démarrage étoile-triangle) ou en employant un autotransformateur. 9 Démarrage Classique de la machine • Une autre solution consiste, pour les machines à rotor bobiné, à utiliser une résistance triphasée en série avec le rotor. m ax 3 p V12 2l ' 2 •Cette méthode a l’avantage de conserver la valeur du couple maximum qui ne dépend pas de R2. 10 10 Bilan énergétique 11 Rendement 12 Evolution des différentes grandeurs en fonction de la puissance utile 13 GRANDEURS CARACTERISTIQUES DU MOTEUR A CAGE D’ECUREUIL 14 Classe d'isolation d'un moteur • Un moteur doit être choisi à partir de l'échauffement auquel il sera confronté vis à vis de la sévérité des applications qu'il va entraîner. • Par exemple pour un broyeur où le moteur : • démarre fréquemment en charge, • fonctionne toujours à son régime nominal, • encaisse des surcouples. • Les classes d'isolation se déclinent selon : E, B, F et H, elles sont directement proportionnelles aux températures que pourront supporter les enroulements. 15 Classe d'isolation d'un moteur 16 Classe d'isolation d'un moteur • Exemple : – pour le broyeur, un moteur classe d'isolation H est nécessaire, – pour le convoyeur, un moteur classe d'isolation F peut suffire. Si le choix de la classe n’est pas correct, la durée de vie de la machine sera réduite. En effet, une augmentation de 10 °C de la température diminuera de moitié la durée de vie de l'isolant. 17 Utilisation des moteurs électriques • Plus de 60% de l’énergie électrique demandée par l’industrie est utilisée dans la motorisation électrique. • L'utilisation de moteurs électriques adéquats est un des moyens pour maximiser l’efficacité énergétique. Ceci se traduit par une réduction de la facture d'électricité. • Un objectif important dans la gestion de la demande électrique se situe au niveau du moteur et de la charge qu’il actionne. • Lorsqu’on travaille dans des conditions de charge variable, qui sont très fréquentes dans l’industrie, la régulation de vitesse des moteurs en fonction des besoins s’impose. Il se substitue aux systèmes traditionnels de contrôle, responsables d’importantes pertes d’énergie, et permet d’obtenir des résultats énergétiques spectaculaires 18 Utilisation convenable des Moteurs électriques • L’utilisation des moteurs CONVENABLES, avec une régulation de la vitesse et adaptation de la charge, permet une amélioration considérable : – du rendement énergétique du procédé, – ainsi que de la qualité des produits élaborés. • La variation de la vitesse est structurelle ou conjoncturelle. – Exemples : • Structurelle dans le cas de la traction • Conjoncturelle dans le cas de la ventilation ou la compression ou le pompage. – Dans tous les cas : l’adaptation des conditions de fonctionnement de la machines aux exigences de la charge permet d’optimiser le système et dégager des gains énergétiques qui peuvent dépasser les 30% parfois. 19 Entretien des Moteurs électriques • L’entretien approprié d’un moteur est essentiel à sa fiabilité et à son rendement à long terme. • Le rendement d’un moteur est un facteur très important. Les coûts en énergie pendant la durée de vie des moteurs à haute utilisation seront de plusieurs fois supérieurs à leur prix d’achat. • Pour certains moteurs, le faible coût marginal de l’achat d’un moteur à rendement plus élevé se justifie facilement. • Dans certains cas il serait préférable de remplacer un moteur défectueux plutôt que de le faire réparer. 20 Utilisation efficace des moteurs électriques • Des solutions existent pour utiliser de manière intelligente l’énergie disponible : – améliorer le rendement de la machine, – choisir un mode de marche permettant de mettre en sommeil les machines peu sollicitées (exemple arrêter les convoyeurs à vide), – utiliser la variation de vitesse, – choisir des stratégies de fonctionnement plus adaptées, – utiliser des moteurs à haut rendement. 21 Variateurs de vitesse L’utilisation d’un variateur de vitesse élimine certaines faiblesses du moteur asynchrone : – le courant de démarrage, – le facteur de puissance (cosinus ϕ), – l’influence des variations de tension sur le couple moteur, avec des variateurs utilisant le contrôle vectoriel, la différence de vitesse entre vide et charge, – le courant absorbé à vide. 22 Etude comparative entre différentes machines 23
