Les fournisseurs de dispositifs d'économie d'énergie pour ascenseurs rappellent qu'avec le développement économique, la demande en énergie augmente et que la pénurie d'énergie est devenue l'un des principaux freins au développement de nombreux secteurs. En tant qu'équipement de transport essentiel et performant dans les immeubles de grande hauteur, les ascenseurs sont progressivement devenus le deuxième poste de consommation énergétique, juste après la climatisation et avant l'éclairage, la distribution d'eau et d'autres sources de consommation électrique. La consommation énergétique liée au fonctionnement des ascenseurs représente entre 20 % et 50 % de la consommation énergétique totale d'un bâtiment ; il est donc impératif de prendre en compte ce problème.
La consommation énergétique d'un ascenseur se compose principalement de deux éléments : la consommation du moteur de traction qui entraîne la cabine et sa charge, et celle du système d'ascenseur lui-même, notamment le système de motorisation des portes, le système de commande, le circuit électrique de commande, le système d'éclairage et le système de ventilation, ainsi que la consommation énergétique liée au rendement du système de transmission mécanique et au mouvement de la cabine sur les rails de guidage. Des études ont montré que l'énergie électrique consommée par le moteur de traction représente plus de 70 % de la consommation totale d'électricité. L'utilisation de technologies d'économie d'énergie appropriées pour les ascenseurs est donc une évolution incontournable du secteur.
Processus de développement et état de la recherche sur les technologies d'économie d'énergie des ascenseurs
L'utilisation des ascenseurs a considérablement accru la demande en énergie, de sorte que, depuis son invention jusqu'à son utilisation généralisée aujourd'hui, les exigences en matière de technologies d'économie d'énergie ont été omniprésentes, se reflétant principalement sous trois aspects :
(1) Économies d'énergie dans la technologie d'entraînement des machines de traction d'ascenseur
Il existe cinq technologies d'entraînement pour les moteurs de traction d'ascenseur : le moteur asynchrone à courant alternatif avec réducteur, le moteur asynchrone à courant alternatif sans réducteur, le moteur asynchrone à aimant permanent avec réducteur, le moteur synchrone à aimant permanent avec réducteur et le moteur synchrone à aimant permanent sans réducteur. Le moteur de traction à aimant permanent représente actuellement une méthode de transmission idéale et performante. Ses avantages incluent l'absence de lubrification du réducteur, un facteur de puissance élevé et un rendement optimal. Grâce à l'absence de pertes lors de la transmission, les motoréducteurs permettent une économie d'énergie d'environ 30 % par rapport aux moteurs asynchrones à courant alternatif. Leur principal atout réside dans leur capacité à prévenir les accidents susceptibles de blesser les passagers en cas de perte de contrôle ou de dérapage de l'ascenseur en cours de fonctionnement. Cette technologie a été saluée par l'industrie et les utilisateurs.
(2) Système de commande d'ascenseur à économie d'énergie
L'évolution des technologies de commande d'ascenseurs a débuté par la régulation de vitesse par variation de pôles des moteurs asynchrones à courant alternatif, puis s'est poursuivie avec la régulation de vitesse par variation de tension, et enfin par la régulation de vitesse par variation de tension et de fréquence. La méthode de commande optimale, aujourd'hui reconnue, consiste à combiner la régulation de vitesse par variation de fréquence et de tension pour piloter la machine de traction synchrone à aimants permanents. La vitesse de l'ascenseur est ainsi régulée en modifiant la fréquence et la tension d'entrée du moteur. Le rapport de fréquence et de tension est maintenu constant par un convertisseur de fréquence, permettant un ajustement progressif de la vitesse. Comparée aux deux systèmes de commande précédents, la régulation par variation de fréquence et de tension (VVVF) offre un rendement élevé, une régulation de vitesse fluide et une économie d'énergie supérieure à 30 %. De plus, ses performances élevées, sa compacité, son rendement important et le confort de déplacement qu'elle procure en font un dispositif de commande de vitesse idéal et largement répandu.
(3) Économies d'énergie du système de rétroaction énergétique
La méthode actuelle d'économie d'énergie pour les ascenseurs consiste à réinjecter dans le réseau électrique l'énergie électrique produite par la machine de traction lors de la production d'électricité. Cette énergie est actuellement dissipée par l'utilisation de résistances qui la convertissent en chaleur afin d'éviter les surtensions. Or, cette méthode engendre un gaspillage d'énergie, nuit à l'environnement, surcharge le système de refroidissement de la salle des machines et affecte le fonctionnement global de l'ascenseur.
La fonction du système de rétroaction d'énergie est de convertir l'énergie électrique du bus CC en courant alternatif de même phase et de même fréquence que le réseau via un onduleur, et de la réinjecter dans le réseau dans la plage de haute tension de celui-ci.
Actuellement, 25 % à 35 % de la consommation électrique totale des ascenseurs est imputable aux résistances de freinage. Avec un rendement de conversion d'énergie d'environ 85 %, l'efficacité énergétique des dispositifs de récupération d'énergie pour ascenseurs est estimée entre 21 % et 30 %. Cet intervalle augmente significativement avec le nombre d'étages et la vitesse de l'ascenseur. Le système de récupération d'énergie connecté au réseau permet de « créer » de l'énergie à partir des méthodes traditionnelles d'économie d'énergie, ouvrant ainsi une nouvelle ère pour les économies d'énergie dans le domaine des ascenseurs.
Principe d'économie d'énergie du dispositif de rétroaction d'énergie de l'ascenseur
L'option d'économie d'énergie pour les ascenseurs est la régulation de vitesse à fréquence variable. Au démarrage, l'ascenseur présente une énergie mécanique maximale lors de sa course rapide. Une fois arrivé à l'étage, il ralentit et s'arrête progressivement. Ce faisant, il dissipe l'énergie mécanique accumulée et les charges. Le principe de base de la régulation de fréquence est le suivant : le convertisseur de fréquence stocke l'énergie électrique disponible côté courant continu (CC) puis la réinjecte dans le réseau électrique alternatif (CA). Dans ce cas, la résistance de freinage ne consomme plus d'énergie. Le dispositif de régulation de fréquence permet d'éliminer les faibles consommations d'énergie et de les restituer intégralement au réseau. Ainsi, la régulation de fréquence permet de réaliser des économies d'énergie et d'améliorer le fonctionnement global de l'ascenseur.