Avantages des variateurs dans le pompage solaire d'irrigation au Sénégal

L'utilisation de VFD (Variable Frequency Drive) offre de nombreux avantages et possibilités d'économie au Sénégal. Non seulement ce dispositif électrique moderne permet de débloquer les économies d'électricité en cette période de hausse des factures, mais le variateur de fréquence permet également pour la première fois à l'agriculteur de prendre le contrôle de la pompe. Il devient alors possible de gérer les opérations du groupe de pompage, telles que les périodes de rampe, en contrôlant le débit ou la pression en fonction de différentes variables. La ou les pompes peuvent également être démarrées et commandées à distance, via des dispositifs GSM (technologie de modem de téléphone portable) et RF (radiofréquence) avec une grande facilité.

En bref, les VFD offrent les avantages suivants à notre industrie :

   Économies d'électricité

   Contrôle des procédures de démarrage et d'arrêt

   Réduit les brûlures du moteur

   Prévient les ruptures d'arbre

   Réduit l'usure des pompes et des moteurs

Maintient le fonctionnement des pompes aux meilleurs points de rendement sur la courbe

   Minimise les coups de bélier dans les pipelines grâce à une accélération/décélération contrôlée

   Réduit la consommation de tension sur les lignes électriques au démarrage

   Élimine dans de nombreux cas le besoin de vannes de contrôle de la pompe

   Contrôle la pompe pour fournir des débits précis ou des pressions constantes

Qu'est-ce qu'une VFD ?

Variateur de fréquence est peut-être un meilleur terme à utiliser lorsque vous cherchez une définition pour ce dispositif qui est utilisé pour contrôler les moteurs électriques.

C'est une bouchée de pain, mais il est important de noter qu'il s'agit d'un dispositif à semi-conducteurs pour le contrôle des moteurs électriques et qu'il n'a donc pas de contacteurs qui peuvent brûler. La correction du facteur de puissance est intégrée dans la plupart des VFD de la gamme conventionnelle, dans certaines situations, la puissance entrante monophasée peut être utilisée avec certaines limitations. Essentiellement, dans le variateur de fréquence, l'alimentation en courant alternatif est convertie en courant continu en interne et, grâce à un système appelé modulation de largeur d'impulsion (PWM), la fréquence de l'onde électrique (généralement fournie à 50 Hz) est modifiée (réduite de 50% au maximum ou augmentée de 20% au maximum), ce qui nous donne des vitesses différentes sur le moteur.

 

Le variateur de fréquence a donc pour principale fonction de faire varier la vitesse du moteur auquel il est couplé. De plus, il possède des dispositifs de protection électrique intégrés tels que la défaillance de phase, la reconnaissance de phase, la protection contre les sur/sous tensions, la protection contre l'ampérage. Il est capable de reconnaître le sens de rotation du moteur, ce qui est important pour les redémarrages automatiques.

Lors de l'utilisation d'un VFD couplé à un moteur électrique qui est à son tour couplé à une pompe centrifuge, les lois d'affinité entrent en jeu.

Ces lois définissent que, si la taille de la roue de la pompe est maintenue constante et que la vitesse est modifiée :

   Le débit est proportionnel à la vitesse de l'arbre ;

   La hauteur manométrique est proportionnelle au carré de la vitesse de l'arbre ;

   La puissance requise est proportionnelle au cube de la vitesse de l'arbre.

L'avantage en ce qui concerne le pompage de l'eau est que nous pouvons maintenant utiliser la même pompe et la même roue pour faire varier le débit et la hauteur d'élévation, tout en la maintenant le plus près possible du meilleur point de rendement sur la courbe de la pompe. Mieux encore, nous n'utiliserons que l'électricité nécessaire pour le travail effectué, sans pertes d'énergie inutiles dues aux vannes d'étranglement, etc.

Pompes centrifuges

 

Pompe centrifuge Quelques principes de base que l'on a tendance à oublier :

   Toujours démarrer et arrêter contre une vanne fermée

   Faire fonctionner une pompe en fonction de son point de rendement optimal (BEP) sur la courbe

   Choisir la taille du moteur d'entraînement (kW) en fonction de la non surcharge pour la taille de la roue

   Monter toujours un clapet anti-retour sur le côté refoulement de la pompe après la vanne principale de telle sorte que la charge de la poussée qui lui est appliquée par le retour de l'eau après un arrêt non contrôlé soit dissipée le plus rapidement possible dans des blocs de poussée. Ne jamais laisser la poussée être absorbée par la tuyauterie ou la volute.

Avec un VFD monté sur le moteur de la pompe, le VFD peut être programmé pour démarrer de zéro RPM à la vitesse maximale requise sur une période de temps spécifiée qui permettra à la colonne d'eau de commencer à se déplacer lentement. L'inverse est également vrai lors de l'arrêt de la pompe. La pompe peut démarrer automatiquement après une panne de courant et peut être facilement démarrée à l'aide d'une télécommande par GSM ou Rf.

Applications utilisant un VFD dans le pompage de l'eau d'irrigation

Pompe simple avec points de fonctionnement à plusieurs têtes.

C'est probablement l'application la plus courante pour un VFD dans les applications de pompage. Dans une situation où une pompe a un débit assez constant, mais une hauteur de charge variable en raison de la topographie du terrain, nous sommes en mesure de modifier la pression de la pompe en changeant sa vitesse de rotation. Ce faisant, il est possible de réaliser des économies d'énergie considérables !

Ce système peut être utilisé dans la plupart des différents systèmes d'irrigation, du micro-goutte-à-goutte aux arroseurs et aux pivots centraux. Dans les systèmes à blocs fixes tels que la micro-irrigation, la zone irriguée peut être divisée en différentes zones de hauteur et chaque zone peut avoir une exigence de pression différente à la station de pompage. Par exemple, s'il y a 5 zones nécessitant respectivement 3, 4, 5, 6 et 7 bars pour atteindre le point de fonctionnement le plus élevé, le VFD augmentera ou diminuera la vitesse de la pompe en fonction des besoins des vannes qui fonctionnent dans leurs zones respectives. Ceci peut être manuel ou automatique. Avec un pivot central par exemple, si le terrain est en pente, il peut lui aussi être découpé en secteurs qui nécessitent des pressions de pompe différentes. Ces points sur le cercle du pivot peuvent être activés au moyen d'interrupteurs de fin de course qui sont activés et désactivés lorsque le pivot parcourt son arc. Les signaux peuvent être relayés soit par des fils, soit par des signaux sans fil envoyés au VFD pour activer les différents points de consigne.

pompe d'irrigation

Le but de l'exercice est de s'efforcer de créer uniquement l'énergie nécessaire aux différentes fonctions du système pour qu'il fonctionne de manière optimale et de ne pas avoir à gaspiller de l'énergie en raison de l'utilisation de dispositifs d'étranglement. Ces dispositifs peuvent être des réducteurs de pression, des régulateurs de débit, des plaques à orifice et autres. Il est rarement possible d'être exact et pratique, donc la plupart du temps nous ne pouvons pas nous débarrasser entièrement de ces dispositifs mais plutôt les utiliser pour le "réglage fin".

 Le VFD fonctionne sur PID (un régulateur proportionnel-intégral-dérivé est un mécanisme générique de rétroaction de boucle de régulation) en utilisant un transducteur de pression de 4 - 20 milliampères monté dans la conduite de refoulement de la pompe. Ce transducteur de pression donne une rétroaction sur la pression réelle de la ligne et le variateur de fréquence la compare à la pression réglée sur le VFD par le potentiomètre (point de consigne).

Pompage avec multi-flux

Dans un scénario comme celui où nous avons une pompe d'une capacité assez importante et qui fait fonctionner plusieurs blocs d'irrigation ou plusieurs lignes d'arrosage, nous sommes en mesure de faire varier le débit et de maintenir une pression de fonctionnement constante. En d'autres termes, lorsque nous réduisons le débit, la vitesse de la pompe diminue et le débit diminue, tout en restant le plus près possible du meilleur point de rendement sur la courbe. Comme le système nécessite un plus grand volume d'eau, la pompe fournira plus d'eau mais maintiendra une pression constante.

S'il y a deux pompes en parallèle, il est possible d'utiliser deux entraînements à fréquence variable et de les faire fonctionner en cascade. Cela signifie que lorsque la pompe 1 dépasse son débit et que la condition de pression ne peut plus être remplie car elle pompe trop à droite sur la courbe de la pompe, le 2ème VFD peut être appelé et alors les 2 pompes s'équilibreront en débit et fourniront ce qui est nécessaire à la pression déterminée. Au fur et à mesure que le débit augmente ou diminue, les pompes vont se mettre en rampe en conséquence jusqu'à ce que le débit diminue et que la 2ème pompe ne soit plus nécessaire et qu'elle tombe et que seule la pompe numéro 1 fonctionne.

Une façon similaire de traiter les variations de débit à hauteur d'élévation constante peut être résolue en utilisant un VFD et des démarreurs Star Delta conventionnels sur l'autre ou les autres moteurs. Chacun de ces scénarios comporte des aspects positifs et négatifs qui doivent être étudiés au cas par cas.

Pompage en série

Deux ou plusieurs pompes en tandem peuvent également être commandées par des VFD. En utilisant soit un VFD à chaque pompe (flexibilité ultime), soit un VFD couplé à des démarreurs Star Delta (étoile triangle) sur le(s) moteur(s) suivant(s).

Pompage en série

Lorsque la première pompe atteint son hertz maximum et le maintient pendant un temps déterminé, la deuxième VFD peut être tirée et les deux fonctionnent ensemble. On peut les programmer pour que les deux flottent ensemble ou que l'un fonctionne au maximum et que l'autre comble la différence requise. Ici aussi, une combinaison Star Delta peut être utilisée. Le Star Delta peut être monté sur la 2ème pompe et lorsque le VFD est à son maximum, il peut faire entrer le Star Delta et ensuite descendre en rampe pour répondre exactement aux besoins du système. Là encore, il y a des points positifs et négatifs dans chacun de ces scénarios qui nécessitent une étude au cas par cas.

Pompage à partir d'un trou de forage

Moteur de pompe entraîné par VFD Avec de nombreux trous de forage, le niveau d'eau dynamique et le débit correctement testé ne sont pas connus. Cela a pour conséquence que de nombreuses pompes fonctionnent bien à droite de la courbe (ou trop à gauche). Un VFD est capable de contrôler le pompage à partir d'un trou de forage par un contrôle de la pression ou du débit. Cela permet de prolonger la durée de vie de nombreux groupes de pompage car ils fonctionnent plus près de leurs meilleurs points de rendement sur la courbe. Si le trou de forage est pompé au bon volume selon les tests de débit constant sur 48 heures, il durera plus longtemps que s'il est mal géré par un surpompage.

Résumé

En résumé, l'utilisation d'un VFD offre de nombreux avantages et des possibilités de réduction des coûts pour les applications de pompage dans le secteur de l'irrigation.

Il est important d'examiner une application VFD pour un moteur en conjonction avec la courbe de la pompe. L'hydraulique du système doit être comprise et le mieux est de tracer la courbe sur un programme de simulation qui peut montrer comment la vitesse variable influence les caractéristiques de la pompe. Ceci, associé à la variation de la puissance en kilowatts consommée aux différents points de fonctionnement, permettra au client de prendre une décision éclairée.