Variateur de vitesse et pompes hydrauliques

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Les installations hydrauliques classiques fonctionnent le plus souvent avec une pompe entraînée à vitesse constante, dimensionnée pour couvrir les besoins maximums de la machine. En pratique, ces conditions ne sont atteintes que ponctuellement, ce qui génère des pertes d’énergie, un échauffement important et un niveau sonore élevé.

L’utilisation d’un entraînement de pompe à vitesse variable permet d’adapter le débit hydraulique aux besoins réels de l’installation en agissant directement sur la vitesse du moteur. Cette solution améliore le rendement global du système, réduit la consommation énergétique et limite les contraintes thermiques et acoustiques.

Nous allons comparer 3 circuits hydrauliques simple composés de pompes (28 cm3/tr) avec une vitesse minimum de 500 tr/min (donnée constructeur) et un moteur asynchrone muni ou non d’un variateur de vitesse afin de faire la comparaison entre 4 phases :

Stand-by
Avance vérin (approche)
Avance vérin (travail)
Vérin en butée mécanique

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1. Pompe cylindrée fixe

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En stand-by tout le débit de la pompe retourne au réservoir à une pression résiduelle liée aux pertes de charge.

Dans la phase approche vérin, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars.

Dans la phase avance vérin au travail, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars.

Dans la phase vérin en butée, tout le débit de la pompe est orienté au réservoir par le limiteur de pression à 200 bars.

Avec variateur de vitesse

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En stand-by le débit de la pompe retourne au réservoir à une pression résiduelle liée aux pertes de charge. La vitesse du moteur électrique est réduite à 500 tr/min grâce à un variateur de vitesse.

Dans la phase approche vérin, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars. La fréquence du variateur de vitesse est de 50Hz (vitesse maximum).

Dans la phase avance vérin au travail, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars. La fréquence du variateur de vitesse est de 50Hz.

Dans la phase vérin en butée, le débit de la pompe est orienté au réservoir par le limiteur de pression à 200 bars. La vitesse du moteur électrique est réduite à 500 tr/min grâce au variateur de vitesse.

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2. Pompe pression constante

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En stand-by la pompe est en annulation de cylindrée et maintien une pression d’attente de 200 bars dans le circuit. Elle ne débite plus à l’exception de ses fuites et consommation interne.

Dans la phase approche vérin, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars.

Dans la phase avance vérin au travail, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars.

Dans la phase vérin en butée, la pompe est en annulation de cylindrée et maintien une pression de 200 bars dans le circuit. Elle ne débite plus à l’exception de ses fuites et consommation interne.

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En stand-by la pompe est en annulation de cylindrée et maintien une pression d’attente de 200 bars dans le circuit. Elle ne débite plus à l’exception de ses fuites et consommation interne. La vitesse du moteur électrique est réduite à 500 tr/min grâce à un variateur de vitesse.

Dans la phase approche vérin, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars. La fréquence du variateur de vitesse est de 50Hz (vitesse maximum).

Dans la phase avance vérin au travail, tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars. La fréquence du variateur de vitesse est de 50Hz.

Dans la phase vérin en butée, la pompe est en annulation de cylindrée et maintien une pression d’attente de 200 bars dans le circuit. Elle ne débite plus à l’exception de ses fuites et consommation interne. La vitesse du moteur électrique est réduite à 500 tr/min grâce au variateur de vitesse.

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Dans le cas d’une pompe à cylindrée variable en pression constante, le variateur de vitesse n’agit pas sur le laminage, mais sur les pertes internes de la pompe.

En phase de stand-by comme en butée mécanique, le débit demandé correspond principalement aux fuites internes et aux besoins de maintien de pression.

La réduction de la vitesse de rotation diminue alors les pertes mécaniques et hydrauliques internes de la pompe, ce qui se traduit par une baisse de la puissance consommée, même lorsque la pression reste élevée.

L’intérêt du variateur réside donc dans la réduction des pertes en stand-by et en butée mécanique, tout en conservant la pression de service.

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3. Pompe puissance constante

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L’utilisation d’une pompe à puissance constante permet de limiter la puissance requise du moteur électrique à 5,5 kW.

En stand-by la pompe puissance constante est en pleine cylindrée, le débit de la pompe retourne au réservoir à une pression résiduelle liée aux pertes de charge.

Dans la phase approche vérin, la pompe puissance constante est orienté pleine cylindrée, le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars.

Dans la phase avance vérin au travail, la pompe puissance constante a réduit sa cylindrée pour ne pas caler le moteur électrique. Un débit réduit à 16 l/min est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars.

Dans la phase vérin en butée, la pompe puissance constante est en annulation de cylindrée et maintien une pression de 200 bars dans le circuit. Elle ne débite plus à l’exception de ses fuites et consommation interne.

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En stand-by la pompe puissance constante est en pleine cylindrée, le débit de la pompe retourne au réservoir à une pression résiduelle liée aux pertes de charge. La vitesse du moteur électrique est réduite à 500 tr/min grâce à un variateur de vitesse.

Dans la phase approche vérin, la pompe puissance constante est orienté pleine cylindrée, le débit de la pompe est orienté vers le vérin sous une pression de 50 bars. La fréquence du variateur de vitesse est de 50Hz (vitesse maximum)

Dans la phase avance vérin au travail, la pompe puissance constante a réduit sa cylindrée pour ne pas caler le moteur électrique. Un débit réduit à 25 l/min est orienté vers le vérin sous une pression de 150 bars. La vitesse du moteur électrique est réduite à 700 tr/min grâce au variateur de vitesse.

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Dans le cas d’une pompe à cylindrée variable à puissance constante, le variateur de vitesse permet de réduire la consommation en stand-by et en butée en adaptant la vitesse de rotation de la pompe aux faibles besoins en débit.

En conclusion : L’optimisation énergétique d’une installation hydraulique ne repose pas sur un seul composant, mais sur la cohérence globale de l’entraînement.
L’utilisation d’un moteur synchrone piloté par variateur de vitesse, associée au choix d’une pompe adaptée au cycle réel de la machine (cylindrée fixe, pression constante ou puissance constante), permet d’ajuster la vitesse, le débit et la puissance aux besoins effectifs.

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1. Pompe cylindrée fixe

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