Choix du variateur de vitesse

Choix du variateur de vitesse

Comprendre le Choix du variateur de vitesse

Un moteur asynchrone triphasé doit être utilisé pour entraîner une pompe dans une usine. La pompe doit fonctionner à différentes vitesses pour réguler le débit d’eau en fonction de la demande.

Pour ce faire, un variateur de vitesse est requis pour contrôler la vitesse du moteur.

Données fournies:

  • Moteur asynchrone triphasé:
    • Puissance nominale: 20 kW
    • Tension nominale: 400 V (tri-phase)
    • Fréquence nominale: 50 Hz
    • Vitesse nominale: 1450 rpm
    • Rendement: 92%
  • Pompe:
    • Débit maximum: 120 m³/h à la vitesse nominale du moteur
    • Débit minimum: 30 m³/h

Questions:

1. Calcul de la fréquence de sortie du variateur:

Déterminer la fréquence de sortie nécessaire du variateur pour atteindre le débit minimum de 30 m³/h, en supposant que le débit est directement proportionnel à la vitesse du moteur.

2. Choix du variateur de vitesse:

Sélectionner un variateur adapté basé sur les caractéristiques du moteur.

3. Calcul de l’économie d’énergie:

Estimer l’économie d’énergie réalisée lorsque le moteur fonctionne à la vitesse réduite pour le débit minimum comparé à la pleine vitesse.

Correction : Choix du variateur de vitesse

1. Calcul de la fréquence nécessaire pour le débit minimum

Le débit de la pompe est directement proportionnel à la vitesse du moteur, qui est à son tour proportionnelle à la fréquence d’alimentation électrique.

Pour réduire la vitesse du moteur afin d’atteindre le débit minimum requis, nous devons ajuster la fréquence de sortie du variateur de vitesse.

Formule de la fréquence nécessaire:

La fréquence nécessaire est donnée par la formule suivante :

\[ = \text{Fréquence nominale} \times \left(\frac{\text{Débit minimum}}{\text{Débit maximum}}\right) \]

Calcul

\[ = 50\, \text{Hz} \times \left(\frac{30\, \text{m}^3/\text{h}}{120\, \text{m}^3/\text{h}}\right) \] \[ = 12.5\, \text{Hz} \]

2. Choix du variateur de vitesse

Il faut choisir un variateur de vitesse qui peut gérer un moteur de 20 kW sous une tension de 400 V et fournir une gamme de fréquence allant de 0 à au moins 50 Hz.

Spécifications du variateur :

  • Puissance nominale : au moins 20 kW
  • Tension de sortie : 400 V
  • Plage de fréquence de sortie : 0 à 50 Hz (minimum)

3. Calcul de l’économie d’énergie

Pour calculer l’économie d’énergie, nous utilisons la formule qui prend en compte la variation cubique de la puissance en fonction de la fréquence pour un moteur asynchrone.

Formule de la puissance consommée:

\[ P = P_{\text{nom}} \times \left(\frac{f_{\text{min}}}{f_{\text{nom}}}\right)^3
\]

  • Puissance ajustée du moteur, en tenant compte du rendement :

\[ P_{\text{nom}} = 20\, \text{kW} \times 0.92 \] \[ P_{\text{nom}} = 18.4\, \text{kW} \]

  • Puissance à fréquence réduite :

\[ P = 18.4\, \text{kW} \times \left(\frac{12.5}{50}\right)^3 \] \[ P = 0.2875\, \text{kW} \]

Économie d’énergie:

\[ = P_{\text{nom}} – P \] \[ = 18.1125\, \text{kW} \]

Conclusion

En utilisant un variateur de vitesse pour réduire la fréquence d’alimentation à 12.5 Hz, la puissance consommée par le moteur est significativement réduite à environ 0.29 kW, par rapport à la puissance nominale de 18.4 kW.

L’économie d’énergie réalisée est donc de 18.11 kW. Cette approche illustre l’efficacité des variateurs de vitesse pour optimiser la consommation d’énergie dans les applications industrielles, spécialement pour les systèmes de pompage.

Choix du variateur de vitesse

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