Dans les secteurs de la métallurgie et de l'exploitation minière, l'efficacité, la réduction des coûts et la durabilité sont des préoccupations essentielles. À une époque où l' , les marges sont serrées, les entreprises doivent trouver des innovations technologiques pour optimiser leurs opérations et réduire leur consommation d'énergie tout en maintenant leur productivité. Un exemple en est le variateur de vitesse (VSD), une technologie qui améliore considérablement les performances des moteurs électriques en ajustant leur vitesse à la charge . Pour obtenir les meilleurs résultats, il est essentiel de s'assurer que le logiciel est adapté à l'application, ce qui nécessite une connaissance approfondie du secteur.
Jose Giacomoni, directeur commercial senior chez Nidec, explique le rôle des VSD et comment ils peuvent optimiser les performances.
Les moteurs traditionnels fonctionnent à vitesse constante, ce qui entraîne souvent un gaspillage d'énergie lorsque la pleine puissance n'est pas nécessaire. Un variateur de vitesse ( , VSD), également appelé variateur de fréquence (VFD), est un dispositif électronique de puissance qui contrôle la vitesse et le couple d'un moteur électrique en faisant varier la fréquence et la tension de son alimentation électrique. Cela permet de faire fonctionner les moteurs à leur vitesse optimale, ce qui réduit la consommation d'énergie et l'usure des équipements.
Convoyeurs et pompes
Les installations minières et métallurgiques dépendent fortement des systèmes de convoyage pour transporter les matériaux. Les VSD permettent un contrôle précis de la vitesse d' , optimisant ainsi le flux de matériaux et réduisant la consommation d'énergie. En ajustant la vitesse des convoyeurs en fonction des conditions de charge , les VSD contribuent à éviter les déversements de matériaux, l'usure des courroies et la consommation excessive d'énergie.
Les opérations minières nécessitent également une utilisation intensive de pompes pour le drainage, le transport des boues et les systèmes de refroidissement. Les pompes anciennes fonctionnent souvent à pleine capacité, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie. Les VSD permettent un contrôle dynamique de la vitesse, en ajustant les performances des pompes en fonction de la demande, ce qui réduit à la fois la consommation d'énergie et l'usure des équipements. De même, les ventilateurs utilisés dans les mines souterraines bénéficient des VSD qui optimisent la circulation de l'air grâce à la régulation de la vitesse, réduisant ainsi la consommation d'énergie selon le principe de la loi du « cube carré ».
Les opérations de concassage et de broyage comptent parmi les processus les plus énergivores dans l'exploitation minière et la raffinerie des métaux. En utilisant des VSD, les opérateurs peuvent ajuster le couple des concasseurs et des broyeurs en fonction de la dureté variable du minerai et des débits d'alimentation, ce qui améliore considérablement l'efficacité et réduit la consommation d'énergie inutile, augmentant ainsi la productivité tout en réduisant les coûts.
Contrôle précis et fonctionnalité
Les variateurs de vitesse peuvent également fournir un contrôle amélioré pour les systèmes de levage, garantissant des opérations de levage fluides avec une réduction contrainte mécanique. Ceci est particulièrement important dans les applications d'exploitation minière profonde où les palans transportent de lourdes charges sur longues distances. Le contrôle de l'accélération et de la décélération améliore la sécurité et empêche les mouvements brusques qui pourraient endommager l'équipement. Les systèmes de propulsion régénératifs, également appelés « Active Front End » (AFE), sont largement utilisés dans ce type d'application d' , car ils exploitent l'énergie excédentaire générée lors du freinage pour la renvoyer vers le réseau électrique ou la réutiliser dans d'autres composants d' du système intégré.
Pendant la fusion et l'affinage, divers équipements électriques, tels que les mélangeurs, les soufflantes et les équipements de coulée, peuvent bénéficier des avantages des variateurs de vitesse. Ces applications nécessitent un contrôle précis de la vitesse afin de maintenir la qualité des produits, de réduire les coûts d'énergie et de garantir des conditions de processus optimales. Chaque opération a ses propres exigences et, bien que le matériel au sein d'une gamme de VSD est similaires, c'est le logiciel qui fournit le contrôle et les fonctionnalités détaillés.
Après avoir sélectionné une solution en fonction du type de moteur (AC, CC ou servo), l'étape suivante consiste à s'assurer que les caractéristiques et les contrôles commandes requis sont intégrés. Les evariateurs modernes, tels que ceux de Nidec, sont adaptés aux applications afin de garantir qu'ils fournissent les entrées, sorties, communications, la protection du moteur et l'intégration avec le matériel informatique connecté nécessaires pour atteindre des performances optimales.
Avantages clés
La comparaison des coûts d'installation du matériel auxiliaire sur site entre une application à vitesse fixe classique (directe en ligne (DOL), étoile-triangle, démarreur à réactance, etc.) et celle d'un VSD est avantageuse grâce à l'optimisation intelligente du flux du moteur. Cela réduit les pics de courant excessifs, ce qui permet d'utiliser des câbles électriques plus petits et moins coûteux. De plus, la demande électrique maximale pendant le cycle de démarrage est considérablement réduite, ce qui permet de bénéficier d'un tarif de base moins élevé.
En optimisant la vitesse des moteurs en fonction de la demande, les VSD peuvent réduire la consommation d'énergie de 20 % à 50 %. En permettant un contrôle précis de la vitesse des moteurs sur les équipements fonctionnant sous des charges fluctuantes tels que les convoyeurs, les concasseurs, les pompes ,etc., les VSD offrent un meilleur contrôle et une plus grande cohérence des processus.
Les économies réalisées grâce à l'introduction des VSD ne sont pas seulement financières. La réduction de la consommation d'énergie est directement proportionnelle à la baisse des émissions de carbone associées, ce qui contribue aux objectifs de développement durable . De plus en plus, des législations sont mises en place pour renforcer la nécessité de réduire les émissions mondiales, et les consommateurs industriels sont responsables de 37 % de la consommation totale d'énergie produite dans le monde.
Développement durable
Dans le secteur minier et métallurgique, les VSD permettent d'ajuster plus facilement les processus en fonction des besoins. Cela permet d'éviter les goulots d'étranglement dans la production, d'améliorer le rendement et de minimiser les perturbations opérationnelles. Il en résulte une réduction des dépenses d'exploitation (OPEX) et de l'empreinte carbone, ce qui rend les opérations plus durables.
Le système de refroidissement, qui est essentiel au maintien d'un environnement de travail confortable dans les mines souterraines, est un exemple de processus très énergivore. Les audits énergétiques soulignent fréquemment la faisabilité de l'installation de la technologie VSD sur les pompes et les ventilateurs, ce qui est confirmé par des projets pilotes qui démontrent des économies réelles. .
En fait, les VSD ont un double effet. Les moteurs fonctionnant à des courants plus faibles consomment non seulement moins d'énergie, mais génèrent également moins de chaleur, ce qui réduit la demande sur les systèmes de refroidissement. De plus, les VSD contribuent à un environnement de travail plus silencieux en minimisant le bruit des moteurs, ce qui améliore encore les conditions de travail.
Le fonctionnement des moteurs électriques à des vitesses élevées constantes peut entraîner une contrainte mécanique excessive, ce qui réduit la durée de vie des équipements et augmente les coûts de maintenance ainsi que la demande de pièces de rechange. Les VSD atténuent ce problème en réduisant la contrainte sur les composants mécaniques, ce qui prolonge leur durée de vie et réduit le besoin de consommer des matériaux supplémentaires sous forme de pièces de rechange.
Comparaison des technologies
Certains des avantages offerts par les VSD peuvent être obtenus avec des démarreurs progressifs, mais il est important de bien comprendre les différences entre les deux technologies avant de prendre une décision. Plus performants que les dispositifs de démarrage direct ou étoile-triangle, les démarreurs progressifs augmentent progressivement la tension d'alimentation du moteur, assurant le contrôle de la vitesse et du couple uniquement pendant le démarrage.
Ils sont souvent utilisés lorsque le système mécanique entraîné par le moteur nécessite un démarrage en douceur afin de réduire les pics de couple et la tension associés au démarrage normal, par exemple les convoyeurs, les ventilateurs à courroie et les entraînements à engrenages. Les démarreurs à démarrage progressif sont largement utilisés en raison de leur simplicité et de leur faible encombrement, mais de nombreuses applications pourraient bénéficier des fonctionnalités plus avancées du VSD.
Les variateurs de vitesse offrent une vitesse entièrement réglable, idéale pour les pompes, les convoyeurs et les ventilateurs, et peuvent contrôler le démarrage, l'arrêt et l'accélération. Le contrôle de la vitesse offert par un VSD peut être utilisé pour réduire les pics de pression présents dans les systèmes de pompage, optimisant ainsi les performances et prolongeant la durée de vie. Ils disposent également d'un contrôle dynamique du couple, , ce qui permet un mouvement fluide pour des applications telles que les ascenseurs et les grues.
Cependant, les avantages principaux proviennent du contrôle continu de la demande énergétique maximale et de la réduction de la puissance lorsqu'elle n'est pas nécessaire, ce qui minimise les coûts énergétiques. La capacité à maintenir la vitesse lorsque les exigences en matière de couple varient est une caractéristique importante pour de nombreuses applications, notamment les convoyeurs, les mélangeurs, les broyeurs et les concasseurs.
Considérations environnementales
S'il existe un facteur commun entre l'exploitation minière et la transformation des métaux, c'est bien l'environnement de travail difficile, qui peut impliquer de la poussière abrasive, de l'air salin corrosif ainsi que des températures extrêmes. L'utilisation des machines et de leurs appareils de contrôle est une tâche difficile. Les équipements doivent être soigneusement sélectionnés, non seulement pour leur aptitude à accomplir la tâche à accomplir, mais aussi pour leur résistance aux conditions environnementales locales.
C'est là que le choix du fournisseur d'équipements devient si important. Il est essentiel de travailler avec un fabricant qui possède une expérience dans le secteur, ainsi qu'une expertise dans les applications spécifiques envisagées, afin de garantir le succès . Idéalement, plusieurs exemples concrets, appuyés par les commentaires positifs des opérateurs, peuvent être utilisés pour illustrer la fiabilité et la robustesse de la conception.
Dans le domaine minier, une marque qui offre une bonne durabilité sur ce marché sera souvent performante dans tous les autres secteurs. Compte tenu de ces conditions et exigences opérationnelles difficiles, des solutions sur mesure pour les variateurs de vitesse permettront d'offrir les meilleures solutions, garantissant aux opérateurs de maximiser les avantages et d'avoir l'esprit tranquille pour leur application.
Regard vers l'avenir
La clé pour bénéficier de ces avantages ne réside pas seulement dans l'installation du VSD, mais aussi dans la manière dont celui-ci assure le contrôle, sa configuration et l'interaction entre le matériel et le logiciel. Les opérateurs doivent absolument s'adresser à un fabricant de variateurs de vitesse de premier plan, tel que Nidec, afin de bénéficier de son expertise industrielle pour optimiser leur application.
Alors que les industries métallurgiques et minières continuent de privilégier la durabilité et l'efficacité opérationnelle, l'adoption de VSD industriels devrait s'accélérer. Les progrès en matière de numérisation, d'automatisation et de surveillance à distance renforcent encore les capacités de la technologie VSD. De nombreux VSD modernes sont équipés de capteurs intelligents et de fonctionnalités de connectivité, permettant une surveillance des performances en temps réel et une maintenance prédictive. Cela réduit les temps d'arrêt et optimise encore davantage la consommation d'énergie.
Les variateurs de vitesse transforment les industries métallurgiques et minières en améliorant l'efficacité énergétique, en optimisant le contrôle des processus de production, en réduisant les coûts de maintenance et en contribuant à un environnement de travail plus sûr. Des systèmes de convoyage aux concasseurs et aux palans, les VSD offrent des avantages inégalés qui se traduisent par des économies de coûts et une amélioration des performances opérationnelles. Alors que les entreprises s'efforcent de respecter les réglementations environnementales et les objectifs de développement durable, l'intégration de VSD jouera un rôle essentiel dans l'avenir de l'industrie.