Les nouvelles générations de moteurs permettent de réduire la consommation d’énergie, les coûts de maintenance mais aussi le bruit des extrudeuses

Le fonctionnement à couple constant tire profit de la technologie des moteurs à réluctance variable

11 Mars 2016 --- L’installation d’un pack moteur-variateur à réluctance variable(SynRM) ABB sur une extrudeuse a permis d’abaisser la consommation d’énergie de jusqu’à 15 %, de réduire considérablement les coûts de maintenance des moteurs et de diminuer le bruit audible.

L’usine Radius Systems du Derbyshire (Royaume-Uni) intègre 14 chaînes d’extrusion. Chacune d’entre elles produit des tuyaux en polyéthylène de 16 à 1 200 mm. Ces chaînes cohabitent avec une unité de moulage par injection produisant les raccords associés utilisés par les sociétés de service public pour le transfert du gaz et de l’eau.

Huit chaînes sont alimentées par des moteurs CC, dont une majorité ont plus de 20 ans. La chaîne 12 présentait un taux d’utilisation élevé, mais le moteur CC de 182 kW tombait régulièrement en panne, entraînant ainsi une hausse du temps d’arrêt et une augmentation des coûts de maintenance. La société estime que, chaque année, les vérifications statiques et dynamiques, les remplacements des balais et les coûts de la sous-traitance s’élèvent, à eux seuls, à environ 2 000 £ (2 587 €) par moteur.

Surveillance « en amont » et « en aval »
Le partenaire technique agréé d’ABB pour cette région, Inverter Drive Systems (IDS), a été chargé de s’occuper de la surveillance « en amont » et « en aval » du moteur CC de la chaîne 12. Cette surveillance permet d’évaluer les économies d’énergie, tout en confirmant que l’investissement dans un moteur-variateur CA serait conforme à la politique de remboursement du capital investi sur trois ans de Radius Systems.

« La surveillance du fonctionnement est essentielle à la réussite d’une installation », explique Phil Nightingale, ingénieur commercial chez IDS. « Elle nous permet d’évaluer efficacement le véritable potentiel d’économies d’énergie, ce qui signifie que nous sommes en mesure de dimensionner correctement le moteur-variateur CA. Nous pouvons souvent diminuer la taille du moteur-variateur requis, tout en dépassant les objectifs de production. »

C’est la surveillance qui a permis à IDS de déterminer la plage de vitesses du moteur CC de la chaîne, et de révéler par la même occasion qu’il était surdimensionné par rapport à l’application et qu’il consommait plus d’énergie que nécessaire. Par ailleurs, malgré la maintenance régulière du moteur, il ne faut pas oublier que celui-ci a été installé il y a une vingtaine d’années et n’est par conséquent plus aussi efficace que ce qui était prévu à l’origine.

Ampleur des économies d’énergie
Il a été estimé que le potentiel d’économies d’énergie d’un module SynRM pour la chaîne 12 serait compris entre 8 et 15 %, avec un retour sur investissement dans un délai de deux ans. En outre, nous estimons que l’élimination de la maintenance du moteur CC permettrait d’économiser 2 000 £ (2 587 €) supplémentaires sur les coûts.

« Il est très difficile de quantifier un cycle de production exact pouvant fournir une évaluation précise de l’énergie, d’où la fourchette de 8 à 15 % », indique Rob Betts, directeur du service d’ingénierie chez Radius Systems. « Les économies d’énergie réelles dépendent de plusieurs variables de processus, telles que le type de matériau, les différentes gammes de produits et divers profils, la température dans le moule et le fût, et les conditions environnementales ambiantes générales. Par exemple, la consommation d’énergie est plus élevée quand il fait froid, car davantage d’énergie est requise pour réchauffer le processus. »

Technologie avancée
Le SynRM est une solution de 200 kW, 1 500 tr/min, IE4 et, associé au variateur industriel ABB ACS880. Il est beaucoup plus efficace que les moteurs-variateurs CA à induction standard. Il s’agit également d’un pack bien plus silencieux que le moteur CC existant. « Le pack SynRM nous a permis de réduire le niveau sonore dans le hall de production, ce qui est un avantage que nous n’avions pas anticipé », déclare Betts. « Bien que n’ayons pas évalué les niveaux sonores, tout le monde a remarqué une diminution certaine du bruit dans l’usine, ce qui est très encourageant. »

L’empreinte physique du moteur CC existant représentait un défi. « Les moteurs CC ont tendance à être longs et fins », explique Betts, « tandis que les moteurs CA sont généralement plus courts, mais présentent un plus gros diamètre. » Cependant, le pack SynRM peut présenter un châssis jusqu’à deux fois plus petit qu’un moteur à induction traditionnel, ce qui est avantageux pour les remplacements directs des moteurs CC.

Les défis du couple constant
Alors que le pack SynRM a bien été testé pour ce qui est des applications à couple quadratique, comme les pompes, les ventilateurs et les compresseurs, il existe moins de références en ce qui concerne les applications à couple constant, telles que les extrudeuses. Malgré le manque de références concernant les applications à couple constant, Betts n’a jamais douté de cette solution : « Nous n’avons jamais pensé courir le moindre risque en optant pour cette nouvelle technologie. Elle a été largement testée et nous avons pleinement confiance en la marque ABB. Ainsi, nous ne pensions vraiment pas que cette solution était risquée. Nous avons été en mesure de planifier méticuleusement la transition des variateurs CC vers le pack SynRM, de façon à ce que l’ensemble de l’installation et de la mise en service se déroule en à peine cinq jours. »

Respect du calendrier et du budget
Betts conclut : « Envisagerions-nous à nouveau un pack SynRM ? Incontestablement. Un système IE4 et une plus grande efficacité sont la solution. Du moment que le prix est compétitif, que le retour sur investissement peut être justifié et que la technologie peut être livrée dans les temps, pourquoi hésiter à utiliser un pack SynRM ? »

« Nous disposons d’environ 300 moteurs sur site, parmi lesquels 20 % présentent une vitesse variable. Suite à la réussite de cette installation et au soutien que nous avons reçu de la part d’IDS, nous avons décidé de normaliser l’utilisation exclusive de variateurs ABB dans l’usine. Le réseau de partenaires commun à ABB et IDS est très précieux pour nous, car il nous permet de bénéficier d’un soutien local sur le terrain. »

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