Moteur électriqueà haut rendementQuel impact sur l’appareillage ?CAPIELComité de coordination des associations de construc...
2Organisations nationales membresLe CAPIEL est le comité decoordination des Associationsde constructeurs d’appareillageéle...
3Le CAPIEL soutient totalement l’objectifde réduction de la consommation d’éner-gie par l’emploi de composant à hautrendem...
4Le principal objectif des exigences d’éco-conception est bien sûr de réduirela consommation électrique des moteurs. Cela ...
5Ce règlement introduit la possibilité d’utiliser un moteur IE2 équipé d’un variateur devitesse comme alternative au moteu...
6Chaque solution d’entrainement a ses contraintes et exigences spécifiques qui orientent versla solution de démarrage la p...
7Comparaison de la consommation énergétique d’un système à vitesse variable et d’unsystème commandé en démarrage directe.C...
Nos recommandations• Envisager l’utilisation des moteurs IE3 pour les applications avec un tauxd’utilisation élevé, sans a...
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Moteur électrique à haut rendement

  1. 1. Moteur électriqueà haut rendementQuel impact sur l’appareillage ?CAPIELComité de coordination des associations de constructeurs d’appareillageélectrique industriel de l’Union EuropéenneRecommandationsconcernant le Règlement(CE) N°640/2009 portantapplication de la directive2005/32/EC du Parlementeuropéen et du Conseilconcernant les exigencesrelatives à l’éco-conceptiondes moteurs électriques.
  2. 2. 2Organisations nationales membresLe CAPIEL est le comité decoordination des Associationsde constructeurs d’appareillageélectrique industriel del’Union Européenne.Le CAPIEL et les associations quien sont ses membres couvrent unelarge gamme de produits et servicesessentiels au bon fonctionnement,à la protection et au contrôle desréseaux électriques basse tension(Tension < 1000 V ac ou 1500 Vdc), des machines électriques etdes applications similaires dansles applications industrielles etcommerciales de l’Union Européenne.Ce comité qui repose sur un largeréseau représente de nombreusesassociations nationales deconstructeurs. Ses membrescomptent des petites moyennes etgrandes entreprises qui emploientau total plus de 100 000 personnesen Europe et exportent une partsignificative de leur production endehors de l’Union Européenne.Le CAPIEL assure la promotionet la représentation des intérêtsprofessionnels communs deses membres dans tous sesdomaines de compétence.Un message des présidents du CAPIELL’avenir de l’Europe et de ses citoyens est intimement lié au succès de notreindustrie manufacturière et à sa capacité à fournir des solutions innovantes pourun environnement plus écologique.Assurer un paysage concurrentiel qui fera lapromotion de nos valeurs doit être un objectif commun pour tous les gouvernementseuropéens, institutions, employeurs, salariés et leurs représentants.Le succès de l’éco-conception – un défi d’actualité pour nos filières d’ingénierie –devrait fortement contribuer à laisser une meilleure planète aux générations suivantes.Il est de notre devoir, en tant que CAPIEL, de travailler avec les régulateurs afin des’assurer que les règlements et directives sont conformes à notre objectif commune mettre sur le marché des produits et systèmes à haute efficacité énergétique. Il estégalement de notre responsabilité de faire en sorte que ces règlements soient biencompris et correctement interprétés par tous les utilisateurs de produits électriques,de systèmes et de solutions.Comme première initiative, cette brochure vous guidera sur la façon de mettreen œuvre la récente réglementation de l’UE relative à l’efficacité énergétique desapplications de démarrage et de contrôle de moteur. Nous espérons que vous ytrouverez un intérêt.CordialementEckard Eberle & Philippe SauerEckard EberleCAPIEL PrésidentPhilippe SauerCAPIEL Vice-PrésidentAllemagne....................ZVEIAutriche.......................FEEIBelgique.......................AGORIAEspagne.......................AFBELEspagne.......................AFMEFrance..........................GIMELECGrande Bretagne..........GAMBICAGrande Bretagne..........BEAMAItalie.............................ANIEPays Bas.......................FMESuède...........................Teknikföretagen
  3. 3. 3Le CAPIEL soutient totalement l’objectifde réduction de la consommation d’éner-gie par l’emploi de composant à hautrendement.Toutefois il faut garder à l’es-prit que l’objectif ultime est la meilleureefficacité énergétique des systèmes com-plets. La conception du système dans sonensemble est, par conséquent, au moinsaussi importante que la qualité des pro-duits qui le composent.Il est important debien comprendre comment ce règlement,qui porte sur le rendement des moteursuniquement, s’inscrit dans une stratégiede conception d’un système globalementefficace.Le règlement européen portant surl’éco-conception des moteurs électriquesL’accord volontaire CEMEP(Comité Européen de Constructeurde Machines Electriques etd’électroniques de Puissance) avaitdéfini trois classes d’efficacité pourles moteurs :• EFF3 Moteur faible rendement• EFF2 Moteur à rendement amélioré• EFF1 Moteur haut rendementCes classes vont être remplacées partrois niveaux de rendement suivant lanouvelle norme IEC/EN 60034-30 :• IE1 Rendement standard• IE2 Haut rendement• IE3 Rendement premium2001 2011EPact &IEEE 112-B2002CEMEP &IEC / EN 60034-2-1Réglement (CE) &IEC / EN 60034-30RendementEFF 1EFF 2EFF 3IE3Rendement premiumIE2Haut rendementIE1Rendement standardRèglement CE 640/2009, ExtraitArticle 3➊ à partir du 16 juin 2011Les moteurs doivent avoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE2,tel que défini à l’annexe I, point 1.➋ à partir du 1erjanvier 2015Les moteurs d’une puissance nominale comprise entre 7,5 et 375 kW doivent soit avoirun rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3 défini à l’annexe I, point1, soit atteindre le niveau de rendement IE2 défini à l’annexe I, point 1, et être équipésd’un variateur de vitesse.➌ à partir du 1erjanvier 2017Tous les moteurs d’une puissance nominale comprise entre 0,75 et 375 kW doivent soitavoir un rendement supérieur ou égal au niveau de rendement IE3 défini à l’annexe I,point 1, soit atteindre le niveau de rendement IE2 défini à l’annexe I, point 1, et êtreéquipés d’un variateur de vitesse.L’adoption par la Commission Européenne du Règlement (CE) N°640/2009 dans le cadre de ladirective Eco-conception pour les produits consommateurs d’énergie impose des niveaux derendement minimum pour les moteurs asynchrones triphasés basse tension.3L’éco-conception concernepar définition les produitsconsommateurs d’énergie maisl’amélioration de l’efficacitéénergétique est nécessairementle résultat de la combinaisond’une approche produit et d’uneapproche système. Ce nouveaurèglement, en complémentd’exigences de niveaux minimumde rendement introduit lapossibilité d’utiliser un variateurde vitesse dans certainescirconstances.En effet, il existe des applicationspour lesquelles l’utilisationde variateur de vitesse est lameilleure réponse pour réduirela consommation globaled’énergie. Mais il est évidentégalement que les solutions dedémarreurs moteurs classiquesoffrent la meilleure performanceénergétique pour les applicationsà vitesse fixe ou à chargeconstante et cela, quelque soit leniveau de rendement du moteur.Un moteur IE2 équipé d’unvariateur de vitesse n’estpas équivalent à un moteurIE3. L’intérêt du variateur devitesse dans l’amélioration de laperformance énergétique doit êtreévalué, application par applicationen fonction des caractéristiquesde la charge entrainée.
  4. 4. 4Le principal objectif des exigences d’éco-conception est bien sûr de réduirela consommation électrique des moteurs. Cela se traduit par l’interdiction decommercialiser des moteurs à faible rendement.Ce nouveau règlement modifie-t-il la manièrede choisir un moteur ?100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%1,1 kW 11 kWCoût de lénergieCoût dinstallation et de maintenancePrix dachatLe bon dimensionnement du moteur (en particulier éviter le surdimensionnement)est fondamental pour maximiser le bénéfice environnemental et limiter l’investis-sement initial.Données issues des étudespréparatoires de la Commission :moteur IE1 4000 h/an, taux decharge 60% pendant 12 ans pour1,1 kW et 15 ans pour 11 kW.Ces nouvelles exigences peuvententrainer une augmentation ducoût initial du moteur. Mais cetteaugmentation doit être comparéeau coût de l’énergie économiséependant toute la durée de viedu moteur.Le coût de l’énergie représenteplus de 80% du coût completd’un moteur alors que l’achatet l’installation représente moinsde 20%.Comme l’énergie consomméepar le moteur durant sa phased’exploitation est égalementle principal contributeur à sonimpact environnemental, lesmoteurs à haut rendementréduisent cet impact de la mêmemanière qu’ils réduisent le coûtdu cycle de vie complet.Les études préliminaires ontdémontré que le coût du cyclede vie des moteurs à hautrendement (IE2 ou IE3) estinférieur au coût du cycle de vied’un moteur IE1, dès 800 heuresde fonctionnement par an.10%9%7%6%5%4%3%2%1%0%-1%-2%-3%-4%-5%8%500 1000 1500 2000 2500 3000Réduction du coût de cycle de vie comparé à un moteur IE1RéductionLCC(%)IE2 1,1 kW IE2 11 kW IE3 1,1 kW IE3 11 kWNombre dheures de fonctionnementDonnées issues desétudes préparatoire de laCommission avec : prix HTdu kWh : 0,075/kWh,Tauxde charge du moteur 60%pendant 12 ans pour 1,1 kWet 15 ans pour 11 kW.4Oui, le règlement impose dès 2011 le choixde moteur de rendement plus élevé (de préférenceIE3), de manière à réduire à la fois l’impactenvironnemental et le coût du cycle de vie complet.
  5. 5. 5Ce règlement introduit la possibilité d’utiliser un moteur IE2 équipé d’un variateur devitesse comme alternative au moteur IE3. Cependant, comme déjà évoqué, ces deux optionsne sont pas directement comparables. La variation de vitesse peut être une solution trèsavantageuse pour certaines applications et n’apporter aucun avantage dans d’autresapplications.Ce nouveau règlement modifie-t-il les raisonsd’opter pour la variation de vitesse ?Le tableau suivant illustre ladégradation du rendement d’unmoteur équipé de variateur de vitesse(VSD) pour une application à vitesseconstante comparée à une solution"démarrage directe" (DOL).Non, le choix d’un entraînement à vitessevariable est le résultat d’une approche système.Comme illustré ci-dessus, de nombreusesapplications peuvent atteindre une meilleureperformance énergétique à l’aide de démarreurélectromécanique ou électronique sans utiliserde variateur de vitesse.5Puissance mécanique 1,1 kW 11 kWNiveau de rendement IE 2 IE 3 IE 2 IE 3Rendement % 81,4 84,1 89,8 91,4Consommation du moteur kW 1,35 1,31 12,25 12,04DOL VSD DOL VSD DOL VSD DOL VSDPertes dans le système de commande W 5,3 138 5.3 138 10.7 426 10.7 426Pertes totales kW 1,36 1,49 1,31 1,45 12,26 12,68 12,05 12,46Rendement total % 81,1 73,9 83,8 76,1 89,7 86,8 91,3 88,3IE2DOLIE2VSDIE3DOLIE3VSDIE2DOLIE2VSDIE3DOLIE3VSD95%100%90%85%80%75%70%65%1,1 kW 11 kWRendementVitesse fixe• Pompage (stockage deau)• Agitateur (Traitement eaux usées)• Convoyage à charge constante• VentilationType de commande usuel• Appareils de commutation(contacteurs, démarreurs électroniques)Charge variable selon lapplicationet le mode de régulation• Climatisation des bâtiments• Transport de marchandise• Réseau de distribution deauType de commande usuel• Appareils de commutation ou variateur de vitesseavec un contrôle adaptéVitesse variable• Levage• Positionnement• Circulation de gaz ou de liquide(sans régulation mécanique)Type de commande usuel• Variateur de vitesse• Système de régulation perfectionnéL’optimisation de l’efficacité énergétique d’un système complet comprenant des moteursélectriques repose sur le choix de la solution d’entrainement adaptée à l’application etnon sur la seule amélioration du rendement de chacun des composants.
  6. 6. 6Chaque solution d’entrainement a ses contraintes et exigences spécifiques qui orientent versla solution de démarrage la plus appropriée.Ce nouveau règlement modifie-t-il la manièrede choisir la solution de démarrage du moteur ?CritrèresdesélectionEtapesdesélectionSpécificités du projetCaractéristiques de la chargeContraintes physiquesContraintes fonctionnellesRéseau dalimentationAutres chargesCoût dinvestissementChoix du type de démarrageDémarrage directeEtoile TriangleSoftStarterContraintes opérationnellesProductivitéQualitéCoût dexploitationChoix du démarreur et desfonctions de commandeLes variateurs de vitesse mis à part,les différentes solutions suivantespeuvent être utilisées pour démarreret commander un moteur asynchronetriphasé :• Le démarrage direct/inverseur offreune solution simple et économique.• Les démarreurs Etoile-Triangleou les démarreurs électroniquespermettent de réduire le courant dedémarrage et donc de réduire lescontraintes sur le réseau amont.➊ Démarrage directCette solution est la plus simpleet la plus économique.➋ Etoile - TriangleUne façon simple et économique deréduire le courant de démarrage si lacharge mécanique admet un coupleréduit au démarrage.➌ Démarreur électronique"Softstarter"Une solution de démarrageperformante permettant undémarrage et un arrêt sans à-coup.NON, car le choix d’une solution de démarrageest le résultat d’une approche système etnon d’une approche produit.6➊ ➋ ➌MorMorM
  7. 7. 7Comparaison de la consommation énergétique d’un système à vitesse variable et d’unsystème commandé en démarrage directe.Ce nouveau règlement modifie-t-il la manière deconcevoir une solution d’entrainement complète ?Exemple d’équipement de convoyage – Tapis roulant pour bagages dans un aéroportCouple résistantVitesse0.5 0.51...99 2...100t [s]...100DémarrageConvoyageFreinageArrêtNon, la conception d’un système doitcombiner l’optimisation énergétique avec lesfonctionnalités attendues, la disponibilité, lamaintenabilité et le coût du cycle de vie complet.1,4Énergie consommée par heure [kWh/h]1,20,810,60,40,210 100 1000Nombre de cycles marche-arrêt par heure7Caractéristiques• Convoyeur horizontal à sections• Sections de 4,5 m de long et 0,9 mde large• Charge maximum 105 kg, poids dutapis roulant 43 kg•Vitesse d’entrainement 370 min-1(= 1420/3.84)• Moteurs 2.2 kW 4 pôlesY 400V, IE1Profile de charge : 50% marche et50% à l’arrêt• Démarrage : 0.5 sec avec variateurou auto-régulé en démarrage direct(dépend de la charge)• Convoyage entre 0.5 et 99 smaximum• Décélération : 0.5 sec avec variateurou frein mécanique•Temps d’arrêt entre 2 s et 100 s.Comparaison de l’énergieconsommée entre ces deux solutionsen fonction du nombre de cycles defonctionnement par heure.• Démarrage direct avantageuxjusqu’à 300 cycles marche arrêtpar heure° Consommation plus faible enrégime établi° Consommation plus forte audémarrage.• Le variateur de vitesse offre unemeilleure performance au delà de300 cycles/heure de par sonmeilleur comportement dynamique.DOLVSD
  8. 8. Nos recommandations• Envisager l’utilisation des moteurs IE3 pour les applications avec un tauxd’utilisation élevé, sans attendre leur imposition en 2015 ou 2017. Le retour surinvestissement économique et environnemental est rapide et vos installationsseront conformes aux règles à venir.• Analyser la consommation d’énergie globale de l’application et utiliser desdémarreurs électromécaniques ou électroniques lorsque ces solutions offrentle meilleur rendement global. Par exemple pour les applications à vitesse fixe,à charge constante ou avec un faible taux d’utilisation.• Utiliser la variation de vitesse dans les applications où elle apporte desfonctionnalités spécifiques ou des économies d’énergie significatives.• Se tenir informé de l’avancement du document:“Exigences d’efficacitéénergétique et d’éco-conception pour l’électronique de puissance, les appareilsde commutation et de commande dans les systèmes d’entrainement depuissance pour les applications industrielles." en cours de rédaction parle TC22X WG6 du CENELEC.En résuméUn dispositif réglementaire cohérent a été développé au sein del’Union Européenne avec pour objectif la réduction de la consom-mation d’énergie et par conséquence la réduction des émissionsde C02. Le règlement (CE) No 640/2009 fixe des performancesminimum d’efficacité énergétique des moteurs triphasés asyn-chrones dans les applications les plus courantes.La norme EN 60034-30 : 2008 définit des niveaux de rendementpour les moteurs 50 et 60 Hz. Le règlement européen s’appuieprincipalement sur ce texte.Les règles d’éco-conceptionde la commission européenneciblent les produits seuls.Cependant l’amélioration del’efficacité énergétique imposenécessairement de prendreen considération à la foisl’efficacité des produits etdu système.Toutes les applications desmoteurs électriques devraient êtresoumises à une analyse détailléede performance afin d’optimiserl’efficacité énergétique. L’ensembledes composants du système ainsique leurs auxiliaires doivent êtrepris en considération.DesginGrapique:SEDOC•ImprimerieduPont-de-Claix•France•Nov.2010•Documentimpriméàbased’encresvégétalessurpapierPEFC•Photos:GraphicObsession©HugoCanabi/Iconotec•JanWill/PantherMedia

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