SYTRONIX GREEN POWER SYSTEM de REXROTH. Une étude de cas de collaboration vertueuse

Importance de l'efficacité globale de la conversion énergétique de la propulsion électrique

Le mécanisme de propulsion électrique est l'un des composants essentiels d'un système moteur-pompe composé d'un circuit d'entraînement électrique, d'un système de stockage d'énergie et d'un ensemble de transmission. En particulier, lorsqu'un tel système nécessite une densité énergétique élevée pour une réponse dynamique rapide, sa conception doit être adaptée pour répondre à une série d'exigences telles qu'une accélération optimale, un couple élevé, une vitesse efficace et réglable et, enfin et surtout, une efficacité énergétique.

En ce qui concerne l'efficacité globale de conversion énergétique de la propulsion électrique, les systèmes actuellement disponibles varient en fonction de différents paramètres : pertes de puissance de la machine, distorsions harmoniques, pulsations de couple, etc.

De nombreux projets de recherche continuent d'améliorer l'efficacité énergétique des systèmes hydrauliques et au-delà, avec différentes solutions déjà disponibles sur le marché.

Avec les progrès technologiques, on observe de nombreuses approches susceptibles d'améliorer l'efficacité énergétique des systèmes hydrauliques, telles que les méthodes de récupération d'énergie hybride électro-hydraulique, les mécanismes de sensibilité à la charge, les systèmes hydrauliques hybrides multi-actionneurs à cylindrée contrôlée (DC), des vannes de dosage indépendantes, une alimentation bionique à plusieurs étages, des actionneurs commandés par pompe, des transformateurs hydrauliques comprenant un moteur hydraulique à palettes et une pompe à plaque oscillante.

Dans cette dynamique d'innovation, la collaboration entre Tecno Fluid Service SRL et Bosch Rexroth continue de porter ses fruits. Le Sytronix Rexroth Green Power est le fruit de cette collaboration et l'étude de cas présentée ici en constitue la synthèse. En effet, en collaboration avec une importante entreprise du secteur automobile (que nous appellerons ici « Entreprise A »), il a été possible d'accélérer le développement d'une technologie innovante capable de générer des économies d'énergie significatives dans les systèmes hydrauliques moteur-pompe des installations de moulage de matières plastiques (« presses à injection »).

Le partenariat entre Rexroth, TFS et la société A dans le cadre du projet Sytronix Rexroth Green Power a permis de réunir et de mettre en commun les connaissances issues de trois grands domaines fondamentaux : le contrôle, la mécanique des fluides et la technologie des matériaux.

Les compétences en matière de systèmes de contrôle ont été nécessaires pour caractériser la dynamique de chaque composant, afin de contrôler les performances dynamiques, la position, la pression et d'autres paramètres d'un composant ou d'un circuit donné, domaine dans lequel l'électronique joue un rôle décisif.

La mécanique des fluides a fourni les outils permettant de comprendre le comportement des fluides, les forces exercées par les fluides statiques et dynamiques sur les composants, ainsi que des phénomènes tels que le coup de bélier et la cavitation.

Le choix de matériaux présentant une élasticité, une dureté et des propriétés de frottement adéquates, entre autres, a été un facteur décisif dans la conception des composants de puissance.

Les résultats de cette collaboration ont permis de dépasser les limites d'un circuit classique fonctionnant avec un onduleur, notamment :

• il ne prévoit pas le remplacement du groupe moteur/pompe
• la pompe utilisée est à débit fixe
• il ne prévoit aucune rétroaction car aucun capteur de retour n'est prévu
• le circuit hydraulique de la machine ne présente pas une configuration allégée car la variation de la pression et du débit continuera d'être gérée par les composants du circuit (vannes de limitation et vannes proportionnelles)
• l'absence de surveillance et de régulation des états de faible utilisation ou de « repos » pendant les opérations du cycle, car l'installation fonctionne à puissance constante pour permettre les variations de pression/débit par les vannes logiques

À l'inverse, le Sytronix Rexroth Green Power repose sur la mise en œuvre de différentes solutions innovantes, parmi lesquelles :

• le remplacement du groupe moteur-pompe par un moteur sans balais et une pompe à débit variable
• la pompe passe d'un débit et d'une cylindrée fixes à une pompe à cylindrée fixe et débit variable
• le logiciel, associé à l'entraînement et aux capteurs du système, garantit un retour d'information constant ainsi que la modulation du régime moteur et le réglage du débit de la pompe pour interagir en temps réel en fonction de la puissance hydraulique requise générée par le cycle-gramme de la presse
• la partie hydraulique de la machine adopte une configuration plus allégée, car les variations de pression/débit sont gérées par le système Sytronix au lieu des soupapes de limitation de pression
• l'état de faible utilisation ou « repos » pendant les opérations du cycle-gramme nécessitant moins de pression et de débit permet une consommation réduite de fluide hydraulique, générant ainsi des économies plus importantes.

Les résultats obtenus lors des essais menés dans le cadre du partenariat Sytronix Rexroth Green Power sur une presse à injection équipée d'un moteur asynchrone traditionnel de 55 kW peuvent être résumés comme suit : la consommation d'énergie pour une heure de travail avec un cycle de 61 secondes est passée de 19,84 kWh à 6,06 kWh, enregistrant ainsi une économie d'énergie de 69,56 % (téléchargez le rapport ici).

Les autres avantages obtenus grâce au Sytronix Rexroth Green Power sur l'installation sont présentés ci-dessous :

• performances qualitatives : on est passé d'un fonctionnement en boucle ouverte à un fonctionnement en boucle fermée
• réduction de la surchauffe de l'huile : le fait de ne faire fonctionner la pompe que lorsqu'un mouvement est requis a permis de réduire l'échauffement de l'huile et, par conséquent, de réaliser des économies d'énergie au niveau de la centrale de refroidissement de l'eau
• mouvements fluides : même si le temps pendant lequel le Sytronix passe de 0 tour/minute au régime requis n'est que d'une fraction de seconde, cela a adouci les mouvements sans compromettre la durée du cycle, permettant ainsi de réaliser des économies considérables sur les cycles de maintenance
• réduction du bruit de fonctionnement de la pompe hydraulique.