Quelles alimentations et options électriques pour le fonctionnement des pompes ?

Le type d’électricité nécessaire à l’exploitation des pompes dépend du type de moteurs électriques qui servent à entraîner la pompe. Pour résumer grossièrement, il y a des options électriques DC et AC avec deux sous-types de courants AC qui peuvent servir à alimenter des moteurs électriques et, par conséquent, à faire fonctionner des pompes :

1. Courant continu (DC) : flux unidirectionnel de charge électrique qui peut être généré par un convertisseur AC/DC ainsi que par des sources de courant comme des batteries ou des piles à combustible.

2. Courant alternatif monophasé (AC ou 1φ) : ce type de courant inverse périodiquement sa direction et change en continu de magnitude. Il est la forme d’énergie électrique la plus communément utilisée dans les logements et est fourni par la plupart des prises murales dans le monde.

3. Courant triphasé (3φ) : il s’agit d'un type spécial de courant AC. Il se compose de trois courants alternatifs ou tensions alternatives de même fréquence, dont les angles de phase se décalent en permanence de 120°. Il est utilisé partout dans le monde pour transférer la puissance électrique via des réseaux électriques et pour des applications telles que les moteurs électriques très puissants.

1. DC – moteurs à balais et sans balais

Si les paramètres de l’application ont conduit à utiliser un courant DC, il y a plusieurs options de moteur différentes. Une option simple et peu onéreuse serait l’utilisation de moteurs à balais DC, tandis que l'utilisation d'un moteur sans balais à courant continu (BLDC) constituerait l’option la plus avancée techniquement. La plupart des pompes à moteurs DC peuvent être reliées à l’électricité via deux fils, l’un pour le pôle positif et l’autre pour le pôle négatif, à savoir la terre. Les moteurs BLDC peuvent avoir deux fils supplémentaires, pour l’entrée, la sortie ou d’autres signaux.

1.2 Pilotage des moteurs DC via la tension d’alimentation

Si une pompe dotée d’un moteur DC doit fonctionner par intermittences, elle peut être allumée et éteinte en commutant simplement l’alimentation électrique. C’est la manière la plus simple de piloter une pompe, mais cela peut créer des charges élevées sur le circuit électrique quand la pompe est en fonctionnement et doit surmonter une restriction. Si la pompe doit être exploitée à vitesses variables, la vitesse du moteur peut être ralentie ou accélérée en réglant la tension d’alimentation.

Toutefois, abaisser la tension d’alimentation diminue aussi le couple, la plupart des moteurs DC s’arrêtent donc quand la tension d’alimentation est trop basse. De même, démarrer une pompe en augmentant la tension d’alimentation mettra la pompe en action « d’un coup », plutôt que progressivement. Par le passé, le réglage de la tension d’alimentation était une manière très économique et simple d’exploiter les pompes avec des moteurs électriques à différentes vitesses. Mais ce n’est plus le cas depuis que la technologie des moteurs BLDC a progressé et que les prix ont chuté.

1.3 Exploitation élaborée des pompes : utilisation du PWM, de la tension de commande ou d’un UART pour les moteurs BLDC

Les moteurs BLDC proposent des options de pilotage plus élaborées. Ici la tension d’alimentation reste à 100 % et la commande s’obtient via un signal de commande spécial. Il peut s’agir d’un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM), d’une tension de commande analogique ou d'une interface numérique sérielle, par exemple un émetteur-récepteur asynchrone universel (UART). Le type de signal utilisé dépend surtout du système opéré par la pompe. Toutes les méthodes offrent plusieurs avantages comparé au pilotage d’une pompe via sa tension d’alimentation.

Ces deux graphiques illustrent le même moteur 12 V DC commandé via la tension d’alimentation (à gauche) et via la tension de commande (à droite). Alors que la tension d’alimentation permet de couvrir une plage de 3800 à 4600 tr/min, la tension de commande permet de couvrir une plage de 0 à 4600 tr/min.

1.3.1 Pilotage précis et couple intégral pour l’exploitation des pompes

Les trois méthodes susmentionnées permettent de contrôler la vitesse du moteur avec une grande précision. En fonction du moteur utilisé, la plage de réglage peut aller de 0 à 100 % de son régime. En outre, le moteur présente un couple plus élevé à des régimes inférieurs, ce qui est très important quand la pompe doit démarrer en présence d'une force de résistance, telle que le vide. Les moteurs BLDC offrent également de nombreux autres avantages, comme une plus longue durée de vie grâce à un nombre réduit de pièces exposées à l’usure mécanique, telles que les balais.

1.3.2 Communication avec un moteur BLDC

Comme indiqué plus haut, les pompes dotées de moteurs BLDC avancés peuvent être reliées avec plus de deux fils. Ici un fil est prévu pour le pôle positif et l’autre pour le pôle négatif, à savoir la terre – il s’agit de l’alimentation électrique du moteur. En fonction de l’application, plusieurs fils supplémentaires peuvent servir pour les signaux d’entrée et de sortie. Avec le signal d’entrée, les utilisateurs peuvent allumer et éteindre la pompe ou entrer un régime moteur spécifique. Via le signal de sortie, les utilisateurs peuvent recevoir différentes informations sur leur pompe, telles que le régime du moteur en temps réel ou des informations d’erreurs. Avec cette option avancée pour l’exploitation des pompes, les pompes à membrane avec un moteur BLDC peuvent aisément être intégrées à un système en circuit fermé. En outre, les moteurs BLDC permettent des options de personnalisation numérique avancée.

2. AC – monophasés et triphasés

Certains modèles de pompes à membrane – comme celles utilisées dans les applications process – nécessitent souvent des moteurs AC. Comme précisé plus haut, il existe deux types de courants AC : le monophasé et le triphasé. Quelque soit l’alimentation AC utilisée, les pompes dotées d'un moteur AC ne peuvent en principe qu’être allumées ou éteintes. Théoriquement, il est possible d’exploiter des pompes avec un moteur AC triphasé via un convertisseur de fréquence qui change la fréquence sur laquelle les trois phases alternent. Toutefois, cela doit s’effectuer via des composants externes et nécessite des connaissances approfondies du moteur spécifique utilisé et de la faisabilité technique de le faire tourner sur des régimes différents. Nos experts techniques vous aideront avec plaisir sur ce sujet.