Les variateurs de fréquence améliorent-ils l'efficacité ?

Généralement, la consommation d'énergie et l'efficacité sont appelées de manière interchangeable avec les pompes, en particulier lorsqu'un variateur de fréquence (VFD) est ajouté pour faire varier la vitesse du moteur et de la pompe. En réalité, l'ajout d'un VFD tout en gardant tout le reste constant, ne changera pas l'efficacité de la pompe (η) et réduira en fait l'efficacité globale (ηOA).

Représenté dans l'image 1 et l'équation 1, l'efficacité de la pompe est le rapport entre la puissance de sortie de la pompe (Pw - fonction du débit et de la hauteur) et la puissance d'entrée de la pompe (P), qui ne sont pas affectées par le VFD à moins que la vitesse ne soit augmentée ou diminuée.

Maintenant, si nous considérons l'efficacité globale, qui dans l'image 1 est le rapport entre la puissance de sortie de la pompe (Pw - petite flèche rouge) et la puissance d'entrée de contrôle (VFD) (PDrive - grande flèche rouge), nous pouvons voir que l'efficacité globale diminuera en raison de pertes à travers le VFD, ce qui entraîne une plus grande puissance dans le VFD que dans le moteur. Il y aura également des augmentations incrémentielles des pertes du moteur dues à la puissance VFD, qui sont généralement mineures et non représentées.

L'efficacité des VFD est élevée, de sorte que les pertes sont souvent modestes (~ 3%), ce qui peut être largement compensé par l'efficacité du contrôle du système. La discussion précédente sur l'efficacité globale réduite lors de l'ajout d'un VFD ne signifie cependant pas que la consommation d'énergie augmentera car le but d'un VFD est de contrôler la vitesse de la pompe et de modifier le point de fonctionnement (hauteur et débit), ce qui modifiera la puissance de sortie de la pompe et les puissances d'entrée.

L'examen de l'image 2 révèle comment les performances de la pompe (hauteur et puissance par rapport au débit) changent avec la vitesse et pourquoi l'utilisation des VFD pour réduire la vitesse réduit souvent la consommation d'énergie, même si l'efficacité de la pompe et l'efficacité globale diminuent.

L'image 2 représente un système de pompe à vitesse variable conçu pour un débit maximum de 19,1 millions de litres par jour (ML/j) et 95 mètres (m) de hauteur à 100 % de vitesse, et un débit minimum de 10,4 ML/j et 66 m de hauteur à 80 % de vitesse. L'efficacité de la pompe diminue en fait du meilleur point d'efficacité (BEP) de 84,5 % au débit maximal de conception à 80 % au débit minimal de conception.

Cependant, la puissance d'entrée de la pompe en kilowatts (kW) diminue d'environ 245 kW à 100 kW. En revanche, si le propriétaire du système décidait d'utiliser une vanne de régulation (au lieu d'utiliser un VFD pour réduire la vitesse) pour réduire le débit, le système fonctionnerait au point de tête à 100 % de vitesse de 108 m (puissance = 175 kW) par rapport à 66 m (puissance = 100 kW) à 80 % de vitesse. Cet exemple montre qu'il y a plus dans la consommation d'énergie que dans l'efficacité de la pompe.

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