Les systèmes d’entraînement avec rhéostats liquides : une technologie révolue?

28 octobre, 2019 | Blogue

LÉO ROY, ing.

Ingénieur électrique

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Vu les importantes avancées technologiques réalisées au chapitre des entraînements à fréquence variable (EFV), certains clients industriels pourraient se demander si les rhéostats liquides méritent encore d’être considérés comme un choix viable sur les plans technique et économique dans le cadre de nouveaux projets. Pour des installations existantes, d’autres peuvent également s’interroger quant à la nécessité de moderniser leurs systèmes d’entraînement de moteurs. Qu’en est-il vraiment?

Historiquement, l’utilisation de rhéostats liquides a été préférée pour des motifs économiques et en raison de leur simplicité dans des applications nécessitant un couple élevé au démarrage, tout en limitant de façon efficace les courants d’appels des moteurs, susceptibles d’impacter le réseau et ainsi nuire aux autres charges. La principale autre alternative à l’époque, l’utilisation de moteurs synchrones avec un système d’embrayage à l’air, est non seulement plus complexe et typiquement plus coûteuse à implanter, mais elle est aussi vulnérable à des erreurs d’opération pouvant entraîner des bris majeurs. Cela dit, le moteur synchrone comporte tout de même ses avantages, notamment au niveau de la compensation réactive en plus de la possibilité d’accouplement direct sans boîte d’engrenages pour les applications à plus basse vitesse.

Certes, il faut reconnaître les limitations des systèmes d’entraînement qui utilisent des rhéostats liquides en comparaison avec les autres solutions disponibles aujourd’hui, plus spécifiquement les EFV. Parmi ces limitations :

  • Besoin d’entretien supérieur (non seulement des rhéostats eux-mêmes, mais également sur les balais et les bagues des moteurs à rotor bobiné);
  • Variation de vitesse limitée et impliquant des pertes importantes sous forme de chaleur (piètre efficacité);
  • Mauvais facteur de puissance nécessitant la plupart du temps l’installation de bancs de condensateurs aux bornes des moteurs.

Toutefois, plusieurs améliorations techniques sont venues pallier certaines de ces lacunes au cours des dernières décennies :

  • Utilisation d’un système de levage des balais permettant de limiter l’usure sur les brosses en les retirant du circuit à la suite du démarrage (court-circuit des bagues collectrices directement au rotor en régime permanent). Cela permet de réduire de façon notable les besoins d’entretien, bien que le système de levage lui-même en nécessite évidemment;
  • Emploi du principe de la cascade hyposynchrone par l’utilisation d’un convertisseur de puissance du type « slip energy/power recovery drive » (SPR) dans le circuit du rotor. Cela permet d’effectuer un contrôle de la vitesse d’entraînement à un rendement acceptable et dont les pertes sont même inférieures à celles d’un EFV pleine puissance. La variation de vitesse reste néanmoins limitée dans une plage de typiquement ± 25 %.

Le principal avantage des rhéostats liquides demeure leur simplicité et leur robustesse. En effet, ceux-ci sont moins sujets aux avaries que les EFV modernes, en plus d’être beaucoup moins sensibles aux perturbations de l’alimentation électrique, et ce, avec des émissions harmoniques minimes sur le réseau même dans le cas d’un fonctionnement avec SPR.

Néanmoins, le bon fonctionnement d’un rhéostat liquide repose sur un programme d’entretien rigoureux. En effet, un rhéostat liquide non optimisé ou mal entretenu peut endommager des composants mécaniques du système (arbres, engrenages, couronnes, etc.) par la transmission d’à-coups de couple trop importants durant la séquence de démarrage. Un programme d’entretien optimal comprend le maintien en bonne condition de la solution électrolytique et des électrodes, qui suffit habituellement à assurer la pérennité du système.

En somme, il semble que les rhéostats liquides ne seront pas appelés à disparaître de sitôt dans les grandes industries, étant donné leurs atouts enviables, incluant un coût plus faible. Le principal élément différentiateur demeure le besoin d’une pleine variation de vitesse, chose qui n’est possible de façon efficace qu’avec les EFV.

Si ces enjeux vous préoccupent, n’hésitez pas à communiquer avec nous afin d’en discuter davantage. L’équipe de BBA possède une solide expérience en ingénierie et mise en service de ce type de système, de même qu’en évaluation de l’état, assistance technique pour l’entretien et le reconditionnement de rhéostats liquides usagés.

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