Moteurs et Variateurs de frquence Pourquoi un variateur

. . . . Moteurs et Variateurs de fréquence Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 1 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquence SED 2 Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 2 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées • Les moteurs représentent les 2/3 de la consommation électrique des immeubles de bureaux • 63% de cette énergie concerne la circulation de fluides (air et liquides) Economies d’énergie potentielles importantes Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 3 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? Con so Sect mmat eur ion Ind élect ustr riq ie e ue 2 n. F ranc 000 e * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 4 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? 2000 e u q i r t c e l ation é Consomm iaire en France t Secteur ter * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 5 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 • Les coûts de consommation électrique sont souvent les postes financiers les plus coûteux pour les gestionnaires immobiliers. • Plus de la moitié de l’énergie électrique consommée dans les bâtiments modernes, l’est par les moteurs entrainants les équipements de CVC. • La réduction de la consommation électrique et l’amélioration de l’environnement de travail des bâtiments sont les plus importants objectifs des constructeurs de systèmes de CVC. • Les ventilateurs et les pompes offrent le plus grand potentiel d’économie d’énergie. Le retour sur investissement pour des “gros variateurs”(> 11 k. W) est de moins d’une année. Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 6 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Economies d’énergie: Pompes & ventilateurs Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? 140 130 * Qu'est-ce qu'un variateur ? Volet 120 110 * Difficultés soulevées Variateur 100 90 Ventilateur parfait Puissance (%) 80 70 60 Zone d’économie d’énergie 50 40 30 20 10 Débit (%) 10 Janvier 03 Siemens Building Technologies 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 7 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Caractéristiques des pompes et ventilateurs Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées [%] Vitesse [%] Pour une vitesse de 60%, l’énergie consommée est d’environ 21%, la pression de 37% Importantes économies d’énergie Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 8 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Exemple des ventilateurs Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées En fonction des besoins et de l’environnement des bâtiments, les CTA à débit variable fonctionnement majoritairement entre 40 et 80% du débit total. Le fonctionnement avec variateur permet une économie d’énergie de 30 à 60% supérieure à celle réalisée avec des bouches à débit variable. 12% Energie consommée Temps de marche & Energie consommée 10% 8% 6% 4% 2% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Débit d’air Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 9 HVAC Products 100%

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Exemple des Pompes Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Le contrôle du débit est typiquement assuré par des vannes d’étranglement ou de bypass dans les installations hydrauliques. Même de petites variations de débit mettent en évidence un important potentiel d’économie avec un variateur de fréquence. 120% Energie nécessaire 80% Vanne d’étranglement 40% Variateur 0% 20% 40% 60% 80% 100% Débit Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 10 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Exemple des Tours de refroidissement Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? Lorsque la vitesse des ventilateurs d’une tour est réduite, l’économie réalisée peut être très importante. En règle générale, les tours de refroidissement souvent équipées de moteurs à 2 vitesses. L’utilisation de moteurs avec variateur de vitesse permet une économie d’énergie significative par rapport à cette solution. * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 11 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Types de démarrage moteur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Direct Idém 600% Cablage mini Protect. thermic. M Janvier 03 Siemens Building Technologies Etoile / triangle Statorique Variateur Idém 200% Cablage impotant 3 relais Protect. Thermic. Idém 100% Cablage simple Protect. thermic. Idém 100% Cablage mini Pas de relais Pas de protect. Sécurité élevée M Résistance Variateur M M Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 12 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquence SED 2 Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 13 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Histoire du moteur asynchrone Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées 1882 Découverte des champs magnétiques tournants 1883 Présentation du 1 er moteur asynchrone polyphasé Nikola Tesla 1856 - 1943 Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 14 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Les moteurs électriques à courant alternatifs Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? Moteurs synchrones * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Moteurs asynchrones A excitation permanente ou séparée, ils possèdent un très bon facteur de puissance, mais sont coûteux. Utilisés avec les grandes puissances ou comme générateur de courant. Le type le plus couramment utilisé, ils sont robustes, ont un démarrage facile, sont avantageux sur bien des points et peu coûteux ! Idéal pour les applications CVC Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 15 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Les moteurs asynchrones Pourquoi un variateur ? Boitier de raccordement * Comment marche un moteur ? Bornes de raccordement Roulement * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Ventilateur Arbre Rotor Carcasse Protection Janvier 03 Siemens Building Technologies Pied Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 16 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Principe de fonctionnement d’un moteur asynchrone Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? N * Qu'est-ce qu'un variateur ? S Icontinu * Difficultés soulevées > Création d ’un aimant découvert par Ampère en 1820 N S > Application courant alternatif S Obtention Champ variable N Application courant alternatif triphasé > Janvier 03 Obtention Champ tournant Siemens Building Technologies Champ constant Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 17 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Vitesse d’un moteur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées 2 pôles = 2910 tr/min 4 pôles = 1350 tr/min 6 pôles = 970 tr/min 8 pôles = 727 tr/min Si la fréquence appliquée au bornes du moteur varie de 0 à 100%, la vitesse varie alors proportionnellement aussi de 0 à 100%. Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 18 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Caractéristiques d’un moteur asynchrones Pourquoi un variateur ? % * Comment marche un moteur ? Courant 600 * Qu'est-ce qu'un variateur ? Point nominal 400 * Difficultés soulevées Couple 200 100 0 Vitesse 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 Démarrage • Le courant de démarrage est beaucoup plus important que le courant nominal • Cela peut causer des problèmes avec de grande puissances. Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 19 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Plaque moteur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? La plaque moteur donne une vingtaine d’informations sur les caractéristiques nominales du moteur. Nous nous intéresseront seulement à celles mises en jeu dans la variation de fréquence * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 20 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Bornier moteur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Bornes réseau ou variateur de fréquence Siemens Building Technologies Plaquette de couplage moteur Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 21 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Couplages moteurs Pourquoi un variateur ? Ph 1 V 1 U 1 W 1 U * Qu'est-ce qu'un variateur ? V Couplage TRIANGLE * Comment marche un moteur ? Tension réseau * Difficultés soulevées W W 2 U 2 Ph 3 V 2 Ph 1 Couplage ETOILE U V W Siemens Building Technologies W 1 Tension réseau Ph 2 Ph 3 Janvier 03 V 1 U 2 W 2 Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 22 HVAC Products v 2

. . . . Variateurs de fréquence SED 2 Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 23 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Qu’est-ce qu ’un variateur de fréquence ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? Un variateur de fréquence converti un courant alternatif (AC) en courant continu (DC), puis en courant alternatif de nouveau à tension et fréquence variable. * Difficultés soulevées Alimentation réseau Condendateurs Moteur Filtre Diodes de redressage Triacs Variateur Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 24 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Filtres Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Les filtres RFI sont conçus pour réduire les interférences électromagnétiques et les fréquences radio, pouvant être conduites dans les câbles d’alimentation secteur. Ceci afin de respecter les normes CE en matières de pertubations électromagnétique. Filtre CEM Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 25 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Filtres Classe A ou B Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? Le choix du type de filtre dépend de la demande et des besoins du client, ainsi que du niveau de perturbations et radiations électromagnétique permis. SED 2 est équipé en standard de filtres Classe B Emissions [d. Bu. V] * Difficultés soulevées Filtre C lass A Filtre C lass B Fréquence [MHz] Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 26 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Redresseur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? Un pont de diode permet d’obtenir un courant redressé (DC) à partir du courant alternatif (AC) d’alimentation. * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Tension d’alimentation AC Tension de sortie DC Redresseur Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 27 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Onduleur Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Pour produire un courant de sortie de type sinusoidal, le variateur utilise un pont onduleur équipé de triacs IGBT. Ces triacs permettent une modulation du signal de sortie par Impulsion/Pause et modification du temps d’implusion, à haute fréquence. Tension Triacs IGBT’s Courant Temps Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 28 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Contrôle Tension / Fréquence Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? Contrôle Tension / Fréquence La tension augmente en fonction de l’augmentation de la fréquence * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées T = K V/f T = Couple K = constante V = Tension d’alimentation f = Fréquence d’alimentation Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 29 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquence SED 2 Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 31 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Qu’est-ce que les harmoniques ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? L'utilisation d'un variateur de fréquence entraîne un appel de courant non sinusoidal sur le réseau, dû au pont redresseur d‘entrée et au pont de condensateurs (DClink). * Difficultés soulevées Ce courant non sinusoidal est composé de plusieurs courant de fréquences multiples. Ces courants "polluent" le réseau aval du variateur, et crééent un suréchauffement des autres équipements. En règle générale, des selfs de lignes d‘entrée sont employées pour réduire ces courants d‘harmoniques, et ainsi améliorer le facteur de puissance global. Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 32 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Harmoniques d’ordre 3 et 5 Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? Fondamental (50 Hz) Harmonique Ordre 3 (150 Hz) Harmonique Ordre 5 (250 Hz) Résultante réseau * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 33 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Harmoniques d’ordre 27 et plus Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 34 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Quelles sont les harmoniques les plus importantes ? Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? * Difficultés soulevées Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 35 HVAC Products

. . . . Variateurs de fréquences SED 2 Longueurs de câbles Pourquoi un variateur ? * Comment marche un moteur ? * Qu'est-ce qu'un variateur ? Perturbations à fréquences radio (Mhz) * Difficultés soulevées Tous les câbles présentent un effet capacitif (négligeable à 50 Hz). Les effets capacitifs deviennent importants aux fréquences élevées produites par les variateurs, entraînant un appel de courant supplémentaire et des fuites à la terre. L'effet capacitif augmentant avec la longueur de câble, l'emploi d'un variateur impose l'utilisation de longueurs minimums pour les câbles moteur, ainsi que leur blindage. Janvier 03 Siemens Building Technologies Présentation SED 2 - Marketing & Technique (TF) 36 HVAC Products