Il adapte en permanence la puissance du moteur à la charge et permet en outre des démarrages et arrêts en douceur. Il réduit ainsi la consommation d'énergie active et réactive et abaisse le niveau sonore.
Quand on parle de maîtrise de la demande d'électricité (MDE) dans l'industrie, on pense immédiatement aux moteurs, qui consomment la majeure partie de l'électricité à usage industriel
Et quand on pense aux moteurs, et plus précisément aux moteurs asynchrones à cage, les plus répandus, la première et quasiment la seule solution qui vient à l'esprit, c'est la variation électronique de vitesse. Eh bien, ce n'est plus vrai. Le contrôleur Powerboss, construit au Royaume-Uni et commercialisé en France sous licence exclusive par la société ECS, implantée à Montrichard (Loir-et-Cher), concurrence directement la VEV sur son propre terrain et se révèle d'ailleurs totalement incompatible avec elle.
La plupart des moteurs électriques utilisés dans l'industrie sont surdimensionnés et un bon nombre d'entre eux sont soumis à une charge variable dans le temps. Cela signifie, dans la pratique courante, qu'ils fonctionnent généralement loin de leur capacité nominale, donc loin de leur rendement optimal et que leur consommation d'électricité est excessive par rapport aux besoins réels.
Une optimisation automatique de la puissance
Lorsque le Powerboss est placé en interface avec un moteur à induction à courant alternatif (l'installation est très simple), il commence par "photographier" le moteur pendant une phase d'apprentissage au cours de laquelle il enregistre les paramètres de fonctionnement optimal, qu'il garde en mémoire. Pendant le fonctionnement courant, ensuite, le Powerboss travaille en régulant la tension d'alimentation du moteur pour adapter l'énergie reçue par ce dernier aux forces magnétiques qu'il doit fournir pour répondre à la demande, tout en maintenant la vitesse de rotation constante. C'est comme s'il "voyait" la charge au travers du moteur et qu'il ajustait la puissance à l'arrivée pour satisfaire la demande due à la charge. Il réduit donc les pertes d'origine magnétique. Ce faisant, il réduit aussi la composante réactive de la puissance, améliore ainsi le facteur de puissance et élimine la nécessité de corriger ce dernier pour le réseau. Au total, il diminue la consommation d'énergie active et d'énergie réactive, sans jamais modifier la vitesse de rotation du moteur.
Démarrage et arrêt en douceur
Il offre en outre une option "démarrage doux" très intéresante. Dans les montages habituels, l'intensité de démarrage peut atteindre 8 à 12 fois l'intensité nominale d'un moteur triphasé. Les dispositifs de démarrage "étoile-triangle", les démarreurs à résistances ou à transformateurs parviennent à réduire cette surintensité, mais le Powerboss fait mieux. Le "démarrage doux" consiste à régler le niveau initial de la tension de démarrage (talon de tension initiale) et de laisser ensuite monter cette tension jusqu'à la pleine tension sur une période donnée (période de rampe). Les deux paramètres, talon de tension et durée de la rampe, sont réglables et à déterminer en fonction de chaque application. La même option permet, pour l'arrêt du moteur, de réduire progressivement la tension d'alimentation de façon à diminuer graduellement la vitesse plutôt que de pratiquer une coupure instantanée.
Ces deux fonctions réduisent l'usure et les frottements dans les moteurs, ce qui allonge leur durée de vie et les intervalles de maintenance. Elles sont également bénéfiques pour les charges entraînées par les moteurs. Plus de courroies de transmission qui flottent, de pignons qui cassent ou de chaînes qui s'allongent au démarrage ; plus de coups de bélier dans les canalisations ou de déplacement brutal de la charge sur son tapis lors de l'arrêt.
L'intelligence du Powerboss se situe dans le microcontrôleur Motorola qui lui est intégré et qui pilote la mise en service ou hors service des triacs ou thyristors. Le bouclage depuis la charge s'effectue par la ligne neutre en monophasé et par les deux thyristors qui sont ou non en fonctionnement en triphasé. Par ailleurs, tous les Poxerboss triphasés ont la faculté d'être pilotés à distance. Toutes les informations sont disponibles sur le PCB qui permet l'accès à l'état physique de l'appareil et donc son contrôle externe, par exemple dans un système de GTC.
Les critères de décision
On aura compris que les seules applications pour lesquelles le Powerboss ne convient pas sont celles qui réclament une variation de vitesse du moteur. A partir du moment où le moteur tourne à vitesse constante et qu'il doit supporter une charge variable ou une charge constante, mais sujette à des interruptions et reprises fréquentes, il faut envisager la mise en place d'un Powerboss. Encore faut-il, malgré son prix sensiblement inférieur à celui d'un variateur électronique de vitesse, que son installation soit économiquement justifiée par les économies réalisables.
Avec les moteurs monophasés, la question ne se pose pratiquement pas. Ils ont en général un mauvais rendement, de l'ordre de 40 à 50%, et les économies sont quasiment assurées. Les applications les plus courantes concernent le froid, la climatisation et la ventilation des les secteurs du commerce et de l'industrie.
L'étude d'opportunité pour un moteur triphasé est plus complexe. Il faut mesurer le rendement du moteur et son facteur de puissance sur la durée d'un cycle typique de travail. Si, pendant plus de 50% de ce cycle, on obtient simultanément un rendement compris entre 0,3 et 0,7 et un facteur de puissance inférieur à 0,6 - 0,7, alors l'installation d'un Powerboss a de très grandes chances d'être rentable. Ces conditions peuvent se trouver dans la climatisation domestique, dans la climatisation, la réfrigération, l'alimentation en eau (pompes), les convoyeurs, tapis et escaliers mobiles du secteur commercial, dans tous les types de machines-outils, les presse, les convoyeurs, les meules, les compresseurs d'air, les pompes et les chaînes de production du secteur industriel. Powerboss est disponible dans une gamme de puissance allant de 4 à 450 kW, mais la plupart des applications se situent plutôt au-delà de 11 kW.
Les économies possibles
Fin 1998, à la demande de Novélect Ile-de-France, le CNAM a procédé à des essais sur des moteurs de petite puissance, l'un monophasé de 550 W, l'autre triphasé de 3 kW, tournant tous deux à vide à des régimes inférieur au régime nominal. Avec le moteur monophasé, l'économie réalisée à basse puissance est de 62% en énergie active et de 50% en énergie réactive jusqu'aux deux tiers de la puissance nominale. Elle perdure, tout en s'atténuant, jusqu'au régime nominal. Avec le moteur triphasé, les économies sont surtout réelles en dessous de 50% de la puissance nominale. Elles se chiffrent à 35% en puissance active comme en puissance réactive. Elles s'atténuent aux environs de la moitié du régime nominal pour s'inverser légèrement au dessus, en raison de la consommation propre du Powerboss.
D'autres essais ont été effectués en situation réelle sur des sites industriels et ont confirmé que le Powerboss peut générer des économies de consommations très significatives. Quelques exemples de résultats enregistrés sur des cycles complets de fonctionnement : 22% sur une presse à injecter une usine de plasturgie ; 26% sur une machine textile ; 40% sur un compresseur chez un grand mécanicien ; et même 57% sur un élévateur de poussière chez un cimentier.
Jean-François Rosanis, directeur général de ECS, estime qu'en moyenne, les économies dégagées par l'utilisation du Powerboss se situent entre 18 et 24% et qu'elles sont souvent supérieures dans le cas des compresseurs. Aussi s'étonne-t-il du peu de succès que l'appareil rencontre en France, alors qu'il est déjà largement diffusé en Grande-Bretagne et qu'il "fait un carton" dans les pays d'Europe du Nord. Après les essais très probants sur sites industriels, il a reçu des marques d'intérêt, mais encore aucune commande ferme significative. Le calcul est pourtant simple : un moteur de 450 kW tournant 8 000 heures par an consomme 3 600 000 kWh par an ; si le prix moyen du kWh sur l'année est de l'ordre de 33 cF, ce moteur dépense 1,2 MF d'électricité chaque année. Si la Powerboss en économise 20%, il est remboursé en sept ou huit mois.
Article paru dans ENERGIE PLUS n°248 du 15 juin 2000
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