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FORMATION CNAM FILIERE ELECTROTECHNIQUE UE : information et communication pour

FORMATION CNAM FILIERE ELECTROTECHNIQUE UE : information et communication pour l’ingénieur en énergétique ENM112 Sujet : Auditeur : NAJIM Abderrahim Année universitaire : 2010-2011 MOTEURS ELECTRIQUES A HAUT RENDEMENT CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 2 - Sommaire Introduction…………………………………………………………………………………………………..4 I Impacte de l’utilisation de l’énergie sur l’environnement………………………………….…………...….5 I.1 Changement climatique……………………………………………………………………….………….5 I.2 Gazes à effet de serre……………………………………………………………………………………..5 II. Efficacité énergétique………………………….…………………………………….……………………6 II.1définition…………………………………………………………………………………...……………..6 II.2efficacité énergétique dans le secteur d’industrie………………………………………………………...6 II.3les moteurs électriques : levier d’efficacité énergétique…………………………………………………7 III. moteurs électriques à haut rendement…………………………………………………………….……..8 III.1 définition…………………………………………………………………………………………..…...8 III.2 amélioration du rendement des moteurs à induction………………………………………………..…8 III.2.1pertes dans le moteur à induction et les moyens pour les réduirais……………………………….….9 -Pertes fixe et variable…………………………………………………………………………………9 -Pertes dans le fer………………………………………………………………………………….….11 -Pertes joules……………………………………………………………………………………….…12 -Pertes par ventilation et par frottement…………………………………………………………..…..13 -Pertes supplémentaire…………………………………………………………………………….….13 -Rendement moteur standard et moteur HEM……………………………………………………..….13 III.3 innovations récentes et effort dans la fabrication des moteurs HEM…………………………………14 III.3.1 rotor en cuivre…………………………………………………………………………………….....14 III.3.2rotor en cuivre, matériaux haute qualité, optimisation conception……………………………….….16 IV. classification des rendements des moteurs à induction………………………………………………....20 V. analyse technico-économique des moteurs à haut rendement……………………………..…………….22 VI. Dimensionnement et choix d’un moteur électrique à haut rendement…………………………...…….23 Conclusion…………………………………………………………………………………………………..26 Bibliographie………………………………………………………………………………………………..27 ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 3 - NOMENCLATURE HEM : moteur à haut rendement hp : horsepower ( kw=0.7456hp) Al : aluminium Cu : cuivre CEMEP : Comité européen des constructeurs de machines électriques et d'électronique de puissance CEI : commission électrotechnique internationale ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 4 - INTRODUCTION Dans le monde industriel ,le terme économie d’énergie devrait rimer avec celui d’ « efficacité énergétique ».l’efficacité énergétique est désormais à adopter à la fois pour atteindre les objectifs relatifs aux émissions des gazes à effet de serre définis par le protocole de kyoto,et comme un vecteur primordiale permettant : la réduction de la dépendance énergétique des payés ,la gestion fine du précieuse électricité produite à travers les énergies renouvelables et la réduction des coûts et d’amélioration du compétitivité des entreprises . Dans le présent document, on rappelle de l’impacte de l’utilisation d’énergie sur l’environnement et le rôle de l’efficacité énergétique principalement dans le secteur industrielle. et un, parmi ses leviers qui est la nouvelle technologie moteur électrique à haut rendement (HEM) ou « éco-énergétique ». l’introduction de ces moteurs électriques permet d’exploiter un gisement potentiel d’économie d’énergie. Ces moteurs classés par ordre de rendement, doivent leurs améliorations d’efficacité à des améliorations techniques pour la réduction des pertes de puissance intrinsèques relatives aux moteurs électriques. On met en évidence les origines de ces pertes et les récentes innovations afin de les réduirais : rotor en cuivre, matériaux haute qualité, optimisation conception. La rentabilité économique est au cœur des préoccupations des utilisateurs. malgré son coût d’achat plus élevé qu’un moteur standard, on démontre que le moteur HEM permet de générer des économies d’énergie remarquable et l’investissement est économiquement rentable dans deux à trois ans. On souligne que le bon dimensionnement d’un moteur électrique est un déterminant de son efficacité énergétique. ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 5 - I. Impacte de l’utilisation d’énergie sur l’environnement : I.1 Changement climatique : Depuis le début du XXe siècle, la température moyenne globale en surface a augmenté de 0,6 à 0,7 °C , ce changement climatique est dû à l'activité humaine avec 90 % de certitude[47]. I.2 Gazes à effet de serre : Entre 1970 et 2004, les émissions mondiales des gazes à effet de serre (GES) anthropiques (imputables aux activités humaines) ont augmenté d'environ 70 %, en particulier les émissions de CO2, essentiellement dues à la combustion d’énergie, qui représentent aujourd’hui plus des trois-quarts des émissions mondiales [47]. Source : EDF [47] Engagement mondiale : Les nations unis ont dirigés l’action mondiale pour faire face à ce défis par sa convention cadre sur les changements climatiques (protocole de Kyoto en 1997)[48] ,à titre du signature de cette convention les payés industrialisés sont engagés à réduire leurs émissions collectives des gazes à effet de serre de 5,2% d’ici 2012 . Le Conseil de l’Union Européenne ou « Sommet européen » au niveau des chefs d’État et de gouvernements, dans sa réunion en mars 2007 , a fixé des objectifs pour la lutte contre le changement climatique et la politique énergétique (sécurité énergétique), Ces objectifs, au nombre de trois, portent sur la réduction de 20% des émissions de CO2 , sur l’utilisation de 20% des énergies renouvelables et sur l’amélioration d’efficacité énergétique de 20%.[41] ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 6 - II. Efficacité énergétique II.1Définition : L’efficacité énergétique ou l’éco-efficacité peut se définir par la livraison à prix compétitifs de biens ou de services tout en réduisant progressivement les répercussions sur l’environnement et l’exploitation des ressources naturelles pendant le cycle de vie[51]. Cette définition est souvent appliquée à l’énergie. Il s’agit alors de proposer des moyens, d’améliorer et de maîtriser la production et l’utilisation de l’énergie tout au long du cycle de vie des produits. Ainsi, l’efficacité énergétique est un facteur primordial pour la gestion des ressources naturelles et du développement durable et joue un rôle important dans la réduction de la dépendance des payes par rapport à ces ressources, comme elle permet d’améliorer la compétitivité des entreprises (réductions des coûts). Tableau 1 : La consommation d’énergie finale par produit et par secteur dans l’Union Européenne (UE- 27)en 2007[43] : UE27 charbon Produits pétrolières gaz électricité chaleur biomasse total Part% industrie 52 42 .7 92.8 98.7 17.4 19.8 323.4 25.1 transport 0 365.5 0.7 6.2 0 7 .9 380.3 29.5 agriculture 1 16.3 4.7 4.4 0.04 1.6 28.04 2.2 résidentiel 8.2 42.3 116.1 69.1 31.7 31.7 299.1 23.2 tertiaire 1.2 17.2 43.5 65.7 10.8 1.7 140.1 10.9 Non énergétique 1.3 102 14.8 0 0 0 118.1 9.2 total 63.7 586.1 272.6 244.1 59.9 62.7 1289 100 Part% 4.9 45.5 21.1 18.9 4.6 4.9 100 Le tableau 1 montre la place de l’électricité dans la consommation finale de l’énergie de l’union européen elle représente 18,9 %de la consommation totale d’énergie, le potentiel des gisements d’économie d’énergie se constitue par les trois secteur énergivores : le secteur résidentiel-tertiaire avec 34.1% ,le transport avec 29.5% et le secteur d’industrie avec 25.1% . II.2 Efficacité énergétique dans le secteur d’industrie : Le secteur d’industrie est souvent considéré comme le « bon élève » de la maîtrise de la demande d’énergie, car d’importants résultats ont déjà étaient engrangés durant les trente dernières années. plusieurs explications de ces bons résultats peuvent être avancées : ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 7 - - le comportement des acteurs dans l’industrie est plus rationnel que celui des autres secteurs et l’efficacité énergétique contribue ainsi directement à la productivité de l’entreprise - le taux de renouvellement des équipements est élevé dans l’industrie, la modernisation intégrant les progrès technologiques et par conséquent l’efficacité énergétique. En effet Le potentiel d’efficacité énergétique et par conséquent la réduction des émissions de CO2 dans le secteur industriel passe par trois leviers : • Une gestion fine de l’énergie • Amélioration des usages existants • Innovation sur les moyens et les processus utilisés II.3 Les moteurs électriques : levier d’efficacité énergétique: Prenant la France comme exemple, les statistiques ci-dessous indiquent l’importance des différents usages de l’électricité dans l’industrie française [43]. Tableau 2 : Répartition des consommations d’électricité par grand usage dans l’industrie en France en 2007[43]. moteurs 70% éclairage 4% électrolyse 9% Thermique hors chaudière 11% Chaudières électriques 2.5% divers 3.5% Les moteurs sont à eux seuls responsables de 70 % de la consommation industrielle d’électricité, la part des moteurs électriques dans la consommation électrique industrielle européen est de l’ordre de 65à72% [1]. On voit immédiatement l’enjeu d’un usage rationnel des moteurs dans l’industrie. c’est un gisement énorme et les solutions sont disponibles. pour générer des économies très significatives sur le parc moteurs électriques on peut distinguer trois stratégies pour l’économie d’énergie dans ce stade : • Règlements et législation • Application des nouvelles technologies : moteur à haut rendement, contrôle de vitesse et du couple facteur de puissance. • Maintenance : entretien dans les normes, ENM112 moteurs électriques à haut rendement 2010- 2011 - 8 - III. Moteurs électriques à haut rendement III.1Définition : Un moteur électrique à haut rendement ou « éco-énergétique » est un moteur à induction triphasé, à cage d’écureuil, de 0.75W à 375 KW, dont le rendement est supérieur à la moyenne des moteurs standard. Ces moteurs doivent leur haut rendement à des améliorations de matériaux et de conception. en réduisant les pertes, ces améliorations ont pour effet d’augmenter le rendement des moteurs, en effet le rendement d’un moteur est inversement proportionnel à ses pertes. Ces moteurs à haut rendement consomme moins de puissance pour fournir le même travaille qu’un moteur standard. Les moteurs électriques se déclinent en deux familles : les moteurs à courant continue et les moteurs à courant alternatifs. dans ces derniers, les deux types les plus utilisés sont les moteurs à induction à cage d’écureuil ou à rotor bobiné et les moteurs synchrone. Un moteur électrique à uploads/Industriel/ najim-rapport-enm112.pdf