Eco-conception des moteurs électriques

Le règlement (UE) 2019/1781 établit des directives d’éco-conception pour les moteurs électriques et les variateurs de vitesse. Entrant en vigueur en octobre 2019, ce règlement définit des lignes directrices en matière d’étiquetage et des critères de référence pour l’efficacité des moteurs électriques.

Qu'est-ce qu'un moteur électrique ?

Le commerce international des moteurs électriques représente un volume important, avec des échanges mondiaux d’une valeur de plus de 100 milliards d’USD en 2020. Les moteurs électriques et les variateurs de vitesse (VSD) jouent un rôle important sur toute une série de marchés, et leurs applications varient considérablement. C’est pourquoi une grande partie du règlement (UE) 2019/1781 est consacrée à l’élaboration d’une définition précise des moteurs qui relèvent de ses statuts, ainsi que des moteurs qui sont spécifiquement exclus de la définition.

En outre, le règlement fournit des lignes directrices pour l’éco-conception des moteurs électriques. Ces points concernent la construction, le fonctionnement et la puissance des moteurs et des variateurs de vitesse. Certaines de ces exigences sont présentées sous la forme d’une fourchette de valeurs, en raison des variations importantes dans la conception et l’application des moteurs.

Guide de référence rapide : Quels sont les dispositifs couverts par le règlement (UE) 2019/1781 ?

Electric Motors	Variable Speed Drives
The motor contains no brushes, commutators, slip rings, or electrical connections to the rotor. The motor is rated for operation at 50, 60, or 50/60 Hz sinusoidal voltage. The motor has two, four, six, or eight poles. The motor has a rated voltage of between 50 and 1000 V. The motor has a rated power of between 0.12 and 1000 kW. The motor is rated for continuous-duty and direct on-line operation.	The VSD uses a three-phase input. The VSD has a rated voltage between 100 and 1000 V AC. The VSD has only a single AC voltage output. The VSD is rated for operation using one motor (as defined here) such that it operates at a rated power between 0.12 and 1000 kW.

Exceptions importantes à la définition

Il est clair que les moteurs électriques (en tant que catégorie de produits) sont vastes et difficiles à définir. Les appareils peuvent être conçus pour des applications spécifiques, pour être utilisés dans des conditions de fonctionnement extrêmes, ou nécessiter des tailles ou des formes non standard. Il est important de noter qu’un grand nombre de ces moteurs spécialisés et de ces variateurs de vitesse peuvent être exemptés de réglementation ou régis par un ensemble distinct de lignes directrices.

Ces dispositifs sont également régis en fonction de leur construction et de leur application. Il convient de noter que la plupart des exemptions concernent des moteurs entièrement intégrés à d’autres produits ou conçus pour accomplir des tâches très spécifiques et intensives. Par conséquent, les spécifications du produit peuvent inclure une construction sans faille ou une durabilité exceptionnelle, de sorte que le moteur devienne une partie intégrante du produit parent. Dans ce cas, le champ d’application de la réglementation environnementale s’étend au produit dans son ensemble.

Guide de référence rapide : Quels sont les dispositifs qui ne relèvent pas du règlement (UE) 2019/1781 ?

Electric Motors	Variable Speed Drives
that are exempt from 2019/1781 section 1, and points (1), (2), (5) to (11), and (13) of section 2 of Annex I:	that are exempt from 2019/1781 section 3, and points (1), (2), and (5) to (10) of section 4 of Annex I:
Motors containing an integrated brake that makes efficiency testing difficult Motors containing an integrated VSD whose performance cannot be independently measured Motors Integrated into another product completely, so that it can’t be removed and tested independently Motors designed to operate exclusively when immersed in liquid at 4000m or more above sea level at operating temperatures above 400^oC where the ambient air temperature is lower than -30^oC or higher than 60^oC. in cordless or battery-operated equipment.	VSDs that use sinusoidal input current during operation Regenerative drives Any VSDs that: are integrated into another product completely, so that they can’t be removed and tested independently consist of a single cabinet comprising VSDs that, themselves, conform to this regulation

Exigences en matière d'éco-conception pour les moteurs électriques

Une fois qu’il a été confirmé qu’un moteur relève de la réglementation en matière d’écoconception, il reçoit une valeur d’efficacité énergétique minimale correspondante. Ce paramètre dépend de la construction du moteur, de sa fréquence de fonctionnement, de sa tension nominale et de sa puissance de sortie. Le document de réglementation fournit une sélection de valeurs et de plages de puissance nominale standard ; en fonction du nombre de pôles du moteur, la réglementation attribue une valeur indiquant une performance minimale obligatoire.

Enfin, les valeurs obtenues sont classées selon les classes de rendement de la CEI pour un fonctionnement à 50 et 60 Hz. Les moteurs dont la puissance nominale n’est pas standard peuvent voir leurs classes et leurs rendements minimaux calculés, plutôt qu’attribués par consultation. Il faut savoir que les règles appliquées à ces moteurs dépendent de leur fréquence de fonctionnement : Les moteurs de 60 Hz utilisent le rendement de la puissance nominale standard la plus élevée ou la plus basse (la plus proche), tandis que les moteurs de 50 Hz peuvent utiliser la formule suivante

D’autres valeurs importantes, comme les paramètres de perte et les coefficients d’interpolation, sont attribuées aux moteurs en fonction de leur construction et de leurs caractéristiques de transfert de puissance.

Les variateurs de vitesse suivent un processus de classification similaire à celui des moteurs électriques, bien qu’ils bénéficient d’un ensemble de directives spécifiques et de paramètres clés qui leur sont propres.

Un nouveau moteur passionnant arrive sur le marché

Prenons une étude de cas : un moteur industriel moderne destiné aux grands aéroglisseurs de fret est conçu et fabriqué en République tchèque. Il est remplaçable, suit une méthodologie de conception à six pôles « couple élevé, bas régime » et a une puissance nominale maximale de 75 kW.

Le moteur étant destiné au marché nord-américain, il est prévu pour fonctionner à 60 Hz. L’ensemble de ces paramètres confère au moteur une classe de rendement CEI IE3 au minimum.

Par conséquent, la norme 2019/1781 stipule un rendement minimal de 95,0 % en fonctionnement normal (annexe I, tableau 3b).

Ventilateurs entraînés par des moteurs électriques

Par conséquent, un ventilateur entraîné par un moteur électrique dont la puissance d’entrée est comprise entre 0,125 et 500 kW peut être soumis à des règles d’écoconception supplémentaires en vertu du règlement (UE) n° 327/2011

Guide de référence rapide : Qu'est-ce qui est exempté en vertu de la directive (UE) 327/2011 ?

Any fans integrated into:	Any fans designed to be operated:
laundry and washer dryers with max input power of less than 3 kW kitchen hoods with less than 280 W of the total input power attributed to fans products with a single electric motor (at 3 kW or less) whose fan is fixed on the same shaft and drives the main functionality	around highly abrasive, toxic, flammable, or explosive substances specifically for emergency use at short-term duty in ambient temperatures above 65^oC while moving gases at temperatures higher than 100^oC using a power supply of more than 1000V AC or 1500V DC

Heureusement, les ventilateurs sont classés de la même manière que les moteurs qui les actionnent. En d’autres termes, ils doivent respecter une performance minimale qui dépend de leur construction, de leur plage de puissance nominale et de tous les conduits ou raccords attachés au ventilateur pendant son fonctionnement. Dans presque tous les cas, l’efficacité énergétique cible d’un ventilateur est censée suivre une relation logarithmique avec sa puissance de sortie P, par l’intermédiaire de

η = A ∙ ln(P) – B + N

source : (EU) No 327/2011 Annexe I Tableau 1

où les paramètres A et B dépendent du type de ventilateur et de sa configuration. Par exemple, un ventilateur à flux mixte présente les profils d’efficacité énergétique suivants dans les modes de fonctionnement à faible et à forte puissance :

Au-delà de l'éco-conception des moteurs électriques

Après s’être assurés de la conformité avec les réglementations en matière d’écoconception, les fournisseurs peuvent également être amenés à prendre en compte d’autres exigences environnementales. D’autres législations peuvent nécessiter un travail de fond supplémentaire, en fonction du marché auquel le produit est destiné. Par exemple, les réglementations suivantes s’appliquent également dans l’UE et ailleurs :

Conformité RoHS – Réglementation sur la restriction des substances dangereuses en vigueur dans le monde entier
REACH-SVHC – Restrictions sur les substances chimiques extrêmement préoccupantes
DEEE – Directives sur les déchets électroniques et lignes directrices sur le cycle de vie des appareils
POP-Halogen Free Compliance – Restrictions sur les polluants organiques persistants
EPREL – Exigences supplémentaires de l’UE en matière d’étiquetage des produits
TSCA-PBT – Toxic Substances Control Act (loi sur le contrôle des substances toxiques) appliquée par l’EPA aux États-Unis
Proposition 65 – Liste croissante de substances nocives pour les consommateurs en Californie

Si vous avez besoin d’aide pour vous y retrouver dans les réglementations relatives à l’éco-conception d’un moteur électrique ou d’un VSD que vous développez, nos experts d’Enviropass peuvent vous guider pas à pas pour tous vos besoins en matière d’environnement.