La classe de rendement IE5 Ultra Premium représente l'échelon le plus élevé défini par la norme IEC 60034-30-1 et abaisse les pertes d'environ 20 pour cent par rapport à la classe IE4 précédente. Cette classe vise à réduire au minimum le coût d'exploitation des applications qui fonctionnent la majeure partie de l'année et consomment beaucoup d'énergie. DRG Motor accompagne le passage des entreprises à cette classe avec des solutions destinées aux exigences de haut rendement.

L'échelon IE5 : ce que l'ultra premium apporte

Le rendement des moteurs électriques est réparti en échelons par la norme IEC 60034-30-1. Chaque échelon signifie produire la même puissance mécanique avec moins de pertes électriques :

  • IE1 rendement standard
  • IE2 rendement élevé
  • IE3 rendement premium
  • IE4 rendement Super Premium
  • IE5 rendement Ultra Premium

IE5 est l'échelon le plus élevé de cette échelle. Plus la classe monte, plus les pertes internes du moteur diminuent, ce qui signifie à la fois une consommation d'énergie plus faible et une température de fonctionnement plus basse.

D'où viennent les pertes ?

Sur un moteur asynchrone, les pertes se composent principalement de quatre postes : pertes cuivre du stator, pertes rotor, pertes fer (dans le noyau) et pertes mécaniques/par frottement. Dans la classe IE5, on intervient séparément sur chacun de ces postes. Une section de cuivre plus importante abaisse la résistance du stator, une tôle silicieuse plus fine et à faibles pertes réduit les pertes fer, et une géométrie de rotor optimisée ramène les pertes rotor au minimum. Au final, le moteur fonctionne à son point nominal avec un rendement bien plus élevé.

La différence entre IE5 et les classes précédentes

Lors du passage de IE4 à IE5, environ un cinquième des pertes disparaît encore. Même si cet écart paraît faible, il crée une économie mesurable lorsqu'il se répercute sur la consommation annuelle d'un système à service continu. De plus, moins de pertes signifie moins de chaleur ; le moteur fonctionne plus frais, la marge de tenue de la classe F de l'isolation du bobinage s'élargit et la durée de vie des roulements et de l'isolation s'allonge. Autrement dit, IE5 apporte un gain non seulement en énergie, mais aussi en robustesse.

Avec quels types de moteurs le rendement IE5 est-il atteint ?

Sur les moteurs asynchrones classiques à cage d'écureuil, atteindre le rendement IE5 est techniquement difficile, car il reste toujours une certaine perte dans les barres du rotor. C'est pourquoi deux topologies alternatives prédominent dans la classe IE5. La première est celle des moteurs synchrones à aimants permanents ; comme des aimants sont utilisés dans le rotor, les pertes rotor disparaissent presque entièrement et le rendement passe à l'échelon supérieur. La seconde est celle des moteurs synchrones à réluctance ; grâce à un rotor à géométrie de tôle particulière, sans aimant, on obtient là aussi de faibles pertes rotor. Les deux types fonctionnent généralement avec un onduleur de fréquence. Sur les modèles atteignant IE5 avec une structure asynchrone traditionnelle, le bobinage, la qualité de la tôle et la géométrie du rotor sont optimisés jusqu'à la limite. Quelle que soit la topologie retenue, l'objectif est le même : produire la même puissance à l'arbre avec le moins de pertes électriques possible.

Comment obtient-on de faibles pertes ?

Le rendement IE5 ne naît pas d'une seule amélioration, mais de la combinaison de nombreuses décisions de conception :

  • Utilisation d'une tôle silicieuse de haute qualité et à faibles pertes
  • Conception de bobinage statorique optimisée et de plus faible résistance
  • Recalcul de la géométrie des barres et de l'anneau du rotor pour le rendement
  • Équilibrage de l'entrefer et de la répartition du flux magnétique
  • Conception de roulements et de ventilateur à plus faible frottement

Lorsque ces améliorations sont appliquées ensemble, le moteur se rapproche de son point de rendement maximal à sa charge nominale.

IE5 dans la plage de puissance et de vitesse

La classe IE5 se répand de manière à couvrir la bande de puissance la plus utilisée dans l'industrie. Elle est typiquement proposée sur les moteurs de puissance moyenne (d'environ 0,55 kW jusqu'à plus de cent kilowatts) et avec des options de vitesse à 2, 4 et 6 pôles. Plus la classe monte, plus le gain de rendement devient net, en particulier dans les applications à grande vitesse et à forte puissance ; car la valeur absolue des pertes y est importante et même une petite amélioration en pourcentage signifie une économie élevée en kilowattheures. Dans les applications de faible puissance fonctionnant peu de temps, le retour économique de la classe de rendement peut en revanche rester plus limité. C'est pourquoi, lors du choix de IE5, on évalue conjointement non seulement la puissance du moteur, mais aussi sa vitesse et sa durée de fonctionnement annuelle.

Pour quelles applications est-elle adaptée ?

Le gain de la classe IE5 est directement proportionnel au nombre d'heures de fonctionnement. Les équipements qui fonctionnent la majeure partie de l'année en profitent le plus :

  • Compresseurs à vis et à pistons à service continu
  • Ventilateurs de refroidissement et de ventilation
  • Pompes de relevage et de circulation d'eau
  • Groupes d'entraînement des lignes de production sans interruption

Dans ces systèmes, monter la classe de rendement d'un cran se traduit par une économie directement mesurable sur la consommation annuelle.

Comment calcule-t-on l'économie d'énergie ?

La logique de l'économie est simple : on divise la puissance appelée par le moteur par son rendement pour trouver l'électricité consommée, et plus le rendement augmente, moins de puissance est appelée pour le même travail. Par exemple, sur un moteur de puissance moyenne fonctionnant 7000 heures par an, augmenter le rendement de 1,5 pour cent peut correspondre à une économie de plusieurs milliers de kilowattheures sur l'année. Ce gain, une fois cumulé sur la durée de vie du moteur, compense largement l'écart de prix initial. C'est pourquoi, dans les applications à longues heures de fonctionnement, la classe de rendement la plus élevée signifie le coût total le plus faible.

Compatibilité avec l'onduleur de fréquence

Les moteurs de classe IE5 voient leur avantage de rendement s'accroître encore lorsqu'ils sont exploités avec un onduleur de fréquence (VFD) dans des applications exigeant un débit ou une vitesse variables. Dans les systèmes à charge variable comme les pompes et les ventilateurs, régler la vitesse en fonction de la charge au lieu de fonctionner à vitesse fixe procure une économie supplémentaire. L'utilisation conjointe d'un moteur à haut rendement et d'un onduleur est l'une des combinaisons les plus efficaces en gestion de l'énergie.

Mise en service et maintien de la performance

Pour retrouver sur le terrain la valeur de rendement inscrite sur la plaque d'un moteur de classe IE5, une mise en service correcte est indispensable. Sur les moteurs à aimants permanents ou de type réluctance, les paramètres de l'onduleur sont réglés en fonction du moteur et les limites de vitesse et de couple correctement définies. Le frottement et les vibrations supplémentaires qui apparaissent lorsque l'alignement de l'accouplement n'est pas réalisé avec soin peuvent annuler en partie le rendement gagné. La surveillance périodique de la température du carter, du courant et des vibrations pendant le fonctionnement garantit que le moteur reste à son point de rendement nominal. Le nettoyage de la poussière sur le ventilateur de refroidissement et les canaux d'air maintient aussi l'évacuation de la chaleur et stabilise le rendement. Sur un moteur à haut rendement, même de petites négligences d'entretien peuvent accroître la consommation avec le temps ; la maintenance planifiée est donc encore plus précieuse dans cette classe.

DRG Motor dans le passage au haut rendement

Pour les entreprises visant le coût d'exploitation le plus bas, le choix de la bonne classe de rendement est la clé du gain à long terme. La décision d'investissement doit être prise non pas d'après le seul prix affiché, mais d'après l'énergie que le moteur consommera pendant des années. DRG Motor évalue le profil de charge et les heures de fonctionnement de votre application, associe la puissance, la vitesse et la classe de rendement, et assure l'approvisionnement depuis İzmir. Pour plus d'informations sur les solutions de moteurs asynchrones et les classes de rendement, vous pouvez consulter notre contenu sur les moteurs asynchrones AC et nous contacter pour votre besoin en moteurs à haut rendement.