Identification du procédé, techniques de mesures

et valorisation

Afin de pouvoir transmettre les demandes de puis-sances et d’énergie de l’entraînement électrique à la machine ou au processus, il est avant tout néces-saire de bien connaître les exigences de ceux-ci. Si ces exigences sont mal connues, il est alors con-seillé de procéder à des mesures ou éventuellement à la collecte de valeurs expérimentales. Des mesu-res sont de toute manière à envisager si le moindre soupçon subsiste concernant les exigences réelles, et il faut impérativement procéder à des mesures sinon la définition de l’entraînement ne sera pas optimale.

En général, il apparaît qu’il y a deux types d’adap-tation en vue de l’amélioration du rendement.

L’analyse seule de l’entraînement est une action à courte vue.

4.4.1 Moyen pour l’analyse de la machine ou du processus

Pour cette analyse, nous ne donnons que des indi-cations. Des rapports spécialisés de RAVEL «Projets de recherche» comme « Analyse du rendement glo-bal de processus industriels de production», etc.

donnent des renseignements détaillés du compor-tement énergétique d’un certain nombre de proces-sus. Dans ce cadre, les processus impression textile, cimenterie, ventilation industrielle, machines-outils, pompes de circulation, etc. ont été étudiés. Pour illustrer nos propos, nous avons choisi les procédés suivants :

Pompes :

La puissance de la pompe est définie par son débit et la hauteur de refoulement. Les caractéristiques des pompes donnent également des indications sur le rendement, voir figure 31.

Il y a la possibilité, en connaissant les caractéris-tiques de l’installation, de faire correspondre la zone de rendement maximal de la pompe avec les exi-gences demandées. Pour cette méthode de choix, il existe des pompes disposant des éléments de mesure des grandeurs caractéristiques. La marche à suivre pour le calcul des caractéristiques d’une

installation / tuyauterie de chauffage, par exemple, et la distribution sur un grand nombre de consom-mateurs réglés sont données dans la publication RAVEL « Dimensionnement et exploitation opti-male des circulateurs » (1993 – N° 724.330 f) Une pompe de mesure est décrite et définie à la réfé-rence [8]. Cette pompe est installée en lieu et place de la pompe définitive. Elle donnera des indications réelles sur le choix du point de travail, sur la pres-sion de refoulement et le débit.

Des diaphragmes peuvent être montés dans le cir-cuit de distribution. Concernant la mesure des valeurs sur des installations existantes, il existe des appareils de mesure basés sur l’effet « Doppler », qui permettent d’éviter une modification de l’instal-lation pour faire les mesures.

Figure 31 : Caractéristiques puissance et rendement d’une pompe centrifuge.

Ventilateurs :

La puissance aéronique est là aussi définie par le débit de l’air ou du gaz et par la différence de pres-sion nécessaire.

Machines de transformation :

La puissance mécanique est donnée par la relation P_mec= MΩ. La mesure de la vitesse est rendue facile au moyen de tachymètres ou de capteurs incré-mentaux. Le couple peut être mesuré par un « tor-siomètre ». Cet appareil installé sur l’axe doit être adapté à la puissance transmise. La mesure s’effec-tue par torsion ou flexion des éléments capteurs.

Il existe actuellement un système de mesure de couple développé à l’EPFL qui permet la mesure en faisant les connexions seulement sur le réseau d’ali-mentation électrique, donc sans pertubation à l’ins-tallation. Un autre moyen est l’utilisation de sys-tèmes de « frein » mécanique ou électrique avec une génératrice ; ceux-ci sont utilisés essentiellement en laboratoire.

La détermination du rendement mécanique global d’une machine de transformation dépend essen-tiellement du produit fini. Pour un tour, il est défini par le volume de copeaux produit par unité de temps. Pour une cimenterie, de la puissance du concassage de la matière première jusqu’à l’obten-tion de la poudre au grammage désiré. Il est d’envi-ron 3 % pour ce dernier et de l’ordre de 8 % pour le tour. Et cela dans les deux cas en ne prenant en considération que l’énergie directe ou nécessaire au procédé.

Ces chiffres démontrent de quelle importance est l’établissement d’une analyse de procédé pour la valorisation, en particulier, de la situation énergé-tique globale. Sans elle, une analyse limitée à l’éner-gie électrique peut conduire à des décisions mal choisies et à côté des points importants.

4.4.2 Moyens d’analyse de l’entraînement électrique

L’appareillage de base pour l’appréciation énergé-tique d’un processus variable en fonction du temps est de disposer d’instruments de mesure de puis-sance qui, à intervalles réguliers, enregistrent la puissance active et la puissance réactive. Le schéma de principe est donné à la figure 32.

Avec, entre autre, l’appareil « VIP-instrument multi-fonction », il est possible de mesurer plusieurs consommateurs en même temps et de calculer les facteurs de puissance respectifs. La cadence de mesure est de 1 seconde. On peut également obte-nir des valeurs moyennes sur un laps de temps donné. Pour des mesures sur de plus longues périodes, il est recommandé d’utiliser des enregis-treurs à points. Il est entendu que ces mesures sont correctes seulement dans le cas de réseaux sinu-soïdaux. Lorsque des convertisseurs / redresseurs / onduleurs sont utilisés, cela n’est plus rigoureuse-ment exact.

Pour la mesure du rendement de moteurs à induc-tion alimentés par convertisseurs, il existe des appa-reils adaptés qui font une conversion analogue-digi-tale des valeurs instantanées et les produits des valeurs instantanées des tensions et courants et une compilation des différentes valeurs des puissances.

Les appareils les plus connus sont ceux de NORMA D 5135 et de YOKOGAMA Infratec 104B. Une recommandation IEC est en préparation. Pour l’éco-nomie d’énergie, seul l’analyse complète de l’ali-mentation est intéressante. Les appareils de mesure doivent être compatibles avec la gamme des fré-quences générées du côté du réseau à l’entrée du Figure 32 : Schéma pour la mesure de puissance instan-tanée.

convertisseur. Si, par exemple, la tension du réseau peut être maintenue sinusoïdale, l’emploi de l’appa-reillage digital n’est alors pas nécessaire.

La consommation d’énergie peut également être déterminée par l’appareil digital de la mesure de puissance. Pour des réseaux sinusoïdaux, les solu-tions sont simples.

La société LANDIS & GYR propose une série d’appa-reils avec disques de durée variable qui permettent l’enregistrement par jour, semaine et mois. Ces enregistrements peuvent par la suite être valorisés au travers de PC et de logiciels d’application spé-cialisés (voir figure 33). L’appareil de LANDIS & GYR type EMU 1.14 est particulièrement élégant. Il indi-que même le coût de l’énergie consommée.

Figure 33 : Différentes visualisation de la mesure d’énergie avec l'appareil L & G.

Important !

● Dans l’objectif d’économie d’énergie, les amé-liorations sont à faire dans l’ordre suivant :

• régler la puissance de l’entraînement en fonc-tion de la demande ;

• adapter la puissance nominale aux besoins ;

• améliorer le rendement des composants ;

• optimaliser la consommation d’énergie.

● En régime stationnaire les pertes sont à minimi-ser, alors qu’en régime non stationnaire c’est la consommation d’énergie qui est à minimiser.

● Le rendement des moteurs dépend du type, de la grandeur et de la charge.

● En régime transitoire, des pertes supplémen-taires peuvent être créées au démarrage ; elles peuvent être évitées par l’emploi de convertis-seurs.

● La récupération d’énergie est seulement pos-sible par l’emploi de convertisseurs.