Les fournisseurs d'unités de freinage pour convertisseurs de fréquence rappellent que, du fait de la forte promotion de la technologie des convertisseurs de fréquence et du dynamisme des distributeurs, certaines entreprises industrielles ont, inconsciemment, assimilé l'utilisation de ces convertisseurs à des économies d'énergie et d'électricité. Or, dans la pratique, face à la diversité des situations rencontrées, de nombreuses entreprises constatent progressivement que l'utilisation de convertisseurs de fréquence ne permet pas systématiquement de réaliser des économies d'énergie et d'électricité. Quelles sont donc les raisons de cette situation et quelles sont les idées reçues concernant les convertisseurs de fréquence ?
1. Le convertisseur de fréquence permet de réaliser des économies d'électricité lorsqu'il est utilisé sur tous types de moteurs.
La capacité d'un convertisseur de fréquence à réaliser des économies d'énergie dépend des caractéristiques de régulation de vitesse de sa charge. Pour les machines centrifuges, les ventilateurs et les pompes à eau, qui présentent un couple quadratique, la puissance de sortie du moteur doit être proportionnelle au cube de la vitesse (P ∝ Tn et P ∝ n³). On constate ainsi que c'est pour les charges à couple quadratique que l'effet d'économie d'énergie des convertisseurs de fréquence est le plus marqué.
Pour les charges à couple constant, comme les surpresseurs Roots, le couple est indépendant de la vitesse. Généralement, une sortie d'échappement est prévue et commandée par une vanne. Lorsque le débit d'air dépasse la demande, le surplus est évacué pour assurer la régulation. Dans ce cas, la régulation de vitesse permet un fonctionnement optimal et contribue ainsi aux économies d'énergie. Par ailleurs, pour les charges à puissance constante, la puissance est indépendante de la vitesse. Dans ces cas, l'utilisation d'un convertisseur de fréquence est inutile.
2. Idées fausses concernant les méthodes incorrectes de calcul de la consommation d'énergie
De nombreuses entreprises utilisent fréquemment la compensation de puissance réactive basée sur la puissance apparente pour calculer l'efficacité énergétique. Par exemple, lorsqu'un moteur fonctionne à pleine charge à la fréquence du réseau, le courant mesuré est de 194 A. Après l'application d'une régulation de vitesse à fréquence variable, le facteur de puissance à pleine charge atteint environ 0,99. Le courant mesuré est alors de 173 A. Cette diminution du courant s'explique par l'amélioration du facteur de puissance du système grâce au condensateur de filtrage interne du convertisseur de fréquence.
D'après le calcul de la puissance apparente, l'effet d'économie d'énergie est le suivant :
ΔS=UI=380×(194-173)=7,98 kVA
L'économie d'énergie est d'environ 11 % de la puissance nominale du moteur.
En réalité, la puissance apparente S est le produit de la tension et du courant. À tension constante, la variation de puissance apparente est proportionnelle à la variation de courant. Compte tenu de la réactance du système, la puissance apparente ne représente pas la puissance consommée réellement par le moteur, mais sa puissance de sortie maximale dans des conditions idéales. La puissance consommée réellement par le moteur est généralement exprimée en puissance active.
La consommation électrique réelle d'un moteur est déterminée par le moteur lui-même et sa charge. Après une augmentation du facteur de puissance, la charge et le rendement du moteur restent inchangés. Par conséquent, sa consommation électrique réelle demeure constante. De même, l'augmentation du facteur de puissance n'a aucun impact sur l'état de fonctionnement du moteur, le courant statorique, ni les courants actif et réactif. Comment le facteur de puissance est-il alors amélioré ? Cela s'explique par le condensateur de filtrage intégré au convertisseur de fréquence. Une partie de la consommation du moteur correspond à la puissance réactive générée par ce condensateur. L'amélioration du facteur de puissance réduit le courant d'entrée du convertisseur de fréquence, ainsi que les pertes en ligne et dans le transformateur du réseau électrique. Dans le calcul présenté ci-dessus, bien que le courant réel soit utilisé, la puissance apparente est calculée au lieu de la puissance active. Par conséquent, l'utilisation de la puissance apparente pour calculer les économies d'énergie est erronée.
En tant que circuit électronique, le convertisseur de fréquence consomme lui-même de l'énergie.
La composition d'un convertisseur de fréquence révèle qu'il intègre des circuits électroniques et consomme donc de l'énergie en fonctionnement. Bien que sa consommation soit moindre que celle des moteurs de forte puissance, elle reste une réalité. Selon les calculs d'experts, la consommation propre maximale d'un convertisseur de fréquence représente environ 3 à 5 % de sa puissance nominale. À titre de comparaison, un climatiseur de 1,5 cheval-vapeur consomme entre 20 et 30 watts, soit l'équivalent d'une lampe allumée en continu.
En résumé, il est avéré que les convertisseurs de fréquence permettent des économies d'énergie lorsqu'ils fonctionnent à la fréquence du réseau, mais sous trois conditions préalables : premièrement, une puissance élevée et la consommation d'énergie d'un ventilateur ou d'une pompe ; deuxièmement, l'appareil lui-même doit être doté d'une fonction d'économie d'énergie (prise en charge logicielle) ; troisièmement, un fonctionnement continu et prolongé est nécessaire. Ce sont les trois conditions dans lesquelles un convertisseur de fréquence peut démontrer son efficacité en matière d'économie d'énergie.
La conservation de l'énergie et la réduction de la consommation sont des objectifs et des principes fondamentaux de l'industrie manufacturière. Toutefois, les entreprises industrielles doivent comprendre dans quelles circonstances l'utilisation de convertisseurs de fréquence est appropriée, quelles situations sont contre-indiquées, et envisager une configuration globale adaptée. Les risques harmoniques liés à une configuration excessive de convertisseurs de fréquence sont désormais reconnus. Par conséquent, une utilisation raisonnée des convertisseurs de fréquence est indispensable pour une véritable mise en œuvre des stratégies de conservation de l'énergie, de réduction de la consommation et de développement durable.