commande du compresseur Scroll par un moteur à courant continu

THERMODYNAMIQUE ET THERMIQUE en STI2D
Compléments en Technologie
Mardi 10 mai 2011
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Le compresseur est quasiment le seul organe « mécanique » de la PAC …
Systèmeààcompression
compression
Système
Compresseur volumétrique:
volumétrique:
on joue sur une Compresseur
diminution du volume
pour augmenter la pression
on joue
sur une diminution
du frigorigène
volume pour
la pression
la compression
du fluide
seaugmenter
fait par réduction
du
la compression
du
fluide
frigorigène
se
fait par réduction du
volume de la chambre de compression.
volume de la chambre de compression.
Alternatif :
Alternatif :
tendance
actuelle à
tendance
actuelle à
l’abandon..
l’abandon..
A pistons :
A pistons :
chaque piston a un mouvement
alternatif dans un cylindre, lors de
chaque
piston
a
un
mouvement
alternatif
dans unpression
cylindre,puis
lors le
de
l'aller le piston aspire le fluide
à une certaine
l'aller le piston aspire le fluide à une certaine pression puis le
compresse au retour. Le rendement n’est pas le meilleur, besoin de
compresse au retour. Le rendement n’est pas le meilleur, besoin de
lubrification, COP 2.5.
lubrification, COP 2.5.
Hermétique :
Hermétique :
moteur
et compresseur
moteur
et compresseur
sont enfermés
dans une
sont même
enfermés
dans une
enveloppe :
même
enveloppe :
problème
de
problème de pas de
refroidissement,
refroidissement,
pas
de
fuite, utilisé pour les
fuite,
utilisé
pour
les
petites et moyennes
petitespuissances.
et moyennes
puissances.
Semi-hermétique :
Semi-hermétique :
compromis entre les
compromis
entreaccès
les
deux, avantage
deux,
accès
auxavantage
mécanismes
et
aux
mécanismes
et
limitation
des fuites
limitation
fuites
mais prix des
élevé,
utilisé
mais
prixles
élevé,
utilisé
pour
moyennes
pour
les moyennes
puissances,
niveau
puissances,
niveau
sonore ≈ 60dBA.
sonore ≈ 60dBA.
Ouvert :
Ouvert :
moteur
dissocié du
moteur
dissocié du
compresseur,
compresseur,
entraînement
par tout
entraînement
par tout
type de moteur
et
type
de moteur
et
vitesse
variable,
vitesse
variable,
problèmes d’étanchéité.
problèmes d’étanchéité.
Compresseur centrifuge:
centrifuge:
la compression duCompresseur
fluide frigorigène
est créé par la force centrifuge
la compression
fluide
frigorigène
est créé
parpuissance
la force centrifuge
générée parduune
roue
à aubes, très
grosse
1000 à
générée par une roue à aubes,
très
grosse puissance 1000 à
50000kW.
50000kW.
Rotatif :
Rotatif :
tendance
actuelle en
tendance actuelle
enfiabilité,
développement
plus de
développement
plus de
fiabilité,
rendement meilleur,
durée
de vie
rendement
meilleur,
durée
deplus
vie
plus longue: coût d’achat
plus longue: coût
d’achat plus
élevé.
élevé.
A spirale rotative Scroll:
A spirale
rotative
Scroll:
le plus
utilisé
le
plus
utilisé
moins de pièces mécaniques,
mécaniques,
niveau moins
sonorede
le pièces
plus bas
(40dBA) , COP 4, 2 à
niveau
sonore
le
plus
bas
COP 4, 2 à
60kW, encombrement (40dBA) ,
réduit, compression
60kW, encombrement
réduit,
réalisée
par deux spirales
(une compression
fixe, une mobile),
réalisée
par deux
spirales
(une fixe,
une mobile),
hermétique
moteur
électrique
incorporé,
refroidi
hermétique moteur
électrique
incorporé,
refroidi
par les gaz aspirés.
par les gaz aspirés.
A vis :
A vis : (type hache
2 vis hélicoïdales
2 vis
hélicoïdales
(type hache
viande) qui compriment
l’air
viande)
qui
compriment
l’air
niveau sonore ≈ 70dBA,
niveaubon
sonore
≈ 70dBA,
rendement,
bon rendement,
faible usure
mais coûteux, utilisé
faible
usure
mais coûteux,
utilisé
pour
les fortes
puissances
de
pour les500kW
fortes à
puissances
5000kW. de
500kW à 5000kW.
Comparaison des compresseurs
Légende :
Régulation de puissance
Régulation tout ou rien TOR
Le maintien de la température du local à chauffer s’obtient en mettant en marche et en arrêtant le
compresseur.
La commande de la mise en marche et de l’arrêt de la machine se fait généralement d’une manière
thermostatique. Le système TOR est simple et fiable, toutefois la température du milieu à chauffer subit
d’inévitables fluctuations.
Il est cependant très utilisé surtout pour les faibles puissances.
Variation de vitesse
Agir sur la vitesse de rotation du compresseur, c’est agir sur le débit des vapeurs aspirées par celui-ci donc
sur la puissance calorifique de la PAC.
Divers systèmes de variation de vitesse sont utilisés :
- moteur électrique à deux vitesses (variation du nombre de pôles). Ce dispositif encore peu utilisé est
amené à se développer ;
- moteur à courant continu alimenté à partir du réseau alternatif par un variateur électronique de vitesse. La
variation de la vitesse de rotation peut être parfaitement continue mais cette solution est très
onéreuse ;
- machine thermique pour l’entraînement du compresseur (turbine à vapeur, moteur diesel ou moteur à
gaz). Cette solution est valable mais pour des puissances importantes (à partir de 100kW de puissance
calorifique) ;
- principe de L'INVERTER : variation de la vitesse d'un compresseur en modifiant la fréquence du moteur
alimentant le compresseur.
Cette technologie assure :
- une importante économie d'énergie (40%),
- un meilleur coefficient de performance (C.O.P.) associé à une plus grande souplesse et fiabilité de
fonctionnement,
- une régulation constante de la température pour une sensation de confort optimale,
- un niveau sonore réduit grâce à la variation de vitesse,
- un cos Φ élevé entre 0.95 et 0.98 ce qui permet d’éviter des pénalités ou le placement de condensateurs
Régulation tout ou rien de la température (spécifique Techno)
Étude simulée sous Matlab
Très utilisée dans le domaine du génie climatique, dans le cas des faibles puissances
+
-
Résultats de la simulation
T(t)
Φ
s
Régulation par variation de vitesse : commande du
compresseur Scroll par un moteur à courant continu
Ω
Débit Dm
U
Tension de
consigne
Moteur à courant continu
Compresseur Scroll
PC
Habitat
PAC
Variation de vitesse : commande du compresseur Scroll par
un moteur à courant continu - Simulink
8.054
0.8478
vitesse tr /min
vitesse rad /s
9.5
Gain
Scope
vites s e angulaire
tens ion cons igne
vites s e Débit m as s ique
Tension de consigne
Compresseur Scroll
MCC
0.04324
Débit
432
h2
400
h1
h2
h1
h1
270
h4
0.02784
COP
h4
400
20°C
5.063
COP
h1
-K-
Pc
Dm 1
Dm
PAC
Tint 1
kW->W
7.005
Pc(kW)
0
Tint
Text moy
HABITAT
Moteur à courant continu - Simulink
1
tension consigne
1
0.46
1.5e-3s+1
Gain
Transfer Fcn
Gain 1
0.46
1
242 e-4s
Transfer Fcn 1
1
vitesse angulaire
Compresseur Scroll de la PAC
Compresseur Scroll de la PAC
Expression du débit massique de fluide (R134a)
Dm = ω .C y .ρ R134 a
vitesse
cylindrée
Masse volumique
Modèle Simulink
1
vitesse
0.012
Volume de contrôle
4.25
Masse volumique
1
Débit massique