La machine était bon marché car personne d'autre ne pouvait la brancher. Le matériel triphasé d'occasion se vend à prix réduit sur la plupart des marchés pour une raison simple : la plupart des acheteurs disposent d'une alimentation monophasée, et le coût de l'alimentation de la machine est supérieur à celui de la machine elle-même.
Vous hésitez donc entre un convertisseur de phase et un générateur. Presque tous les articles sur ce sujet ont été écrits par des vendeurs de convertisseurs, et tous arrivent à la même conclusion.
Cet article présente un point de vue différent, en toute franchise. Nous fabriquons des groupes électrogènes et, pour un atelier alimenté par un réseau monophasé fiable, un convertisseur est souvent la solution idéale. Nous pouvons également détailler les calculs qui permettent de faire ce choix : le coût d'achat et d'utilisation de chaque solution, ainsi que la durée de fonctionnement à partir de laquelle la solution devient rentable. Nous abordons l'impact de la qualité du courant sur le choix de la solution la plus adaptée à votre machine. Nous fabriquons des groupes triphasés jusqu'à 3 000 kW, dimensionnés en fonction des charges réelles.
Vous souhaitez que cette solution soit adaptée à votre machine ? Envoyez-nous une photo de la plaque signalétique et votre nombre d'heures de fonctionnement annuelles, et nous vous indiquerons la solution la plus rentable. Contactez notre équipe d'ingénieurs →
Points clés à retenir
- Il y a six itinéraires, et non deux : des convertisseurs statiques, rotatifs et numériques, un variateur de fréquence à entrée monophasée, un générateur et une mise à niveau du service public.
- Un convertisseur est moins cher à l'achat et à l'utilisation, mais il nécessite le réseau électrique. L'électricité du réseau est fournie par le réseau. 0.10−0.13/kWh** contre**0.10-0.13 /kWh**against**0.30-0.46/kWh pour le diesel.
- Un générateur n'est jamais plus avantageux en termes de coûts d'exploitation lorsque le réseau électrique est disponible. Elle l'emporte grâce à ses capacités.
- Le nombre d'heures de fonctionnement est déterminant : 2 000 heures par an devraient suffire à couvrir les frais d'approvisionnement ; 200 heures, non.
- La qualité de l'alimentation électrique fonctionne dans les deux sens: un générateur gagne en équilibre de tension à ±1% contre 3-8% pour un convertisseur rotatif, et perd en fréquence à cause d'une chute de régulateur de 3-5%.
Convertisseur de phase vs générateur : cette comparaison est incomplète.
La plupart de ces pages présentent un choix binaire. Cette approche est erronée et coûteuse. La véritable décision porte sur six options :
- Convertisseur statique, des condensateurs et souvent un transformateur générant une troisième phase
- Convertisseur rotatif, un convertisseur statique et un moteur à vide qui équilibre la sortie
- Convertisseur numérique, un onduleur qui synthétise une véritable troisième phase
- Variateur de fréquence à entrée monophaséeun variateur alimentant un moteur
- Génératrice, un groupe triphasé produisant sa propre énergie
- Mise à niveau triphasée du réseau électrique, un service nouveau ou étendu du réseau d'approvisionnement
La présentation binaire prédomine car les pages sont rédigées par des vendeurs de convertisseurs. Notre propre guide sur les groupes électrogènes diesel triphasés fait la même simplification, car il traite de la puissance fournie par la machine plutôt que de son alimentation.
Deux des six éléments, les convertisseurs numériques et les variateurs monophasés, sont absents de presque tous les comparatifs que nous consultons. Or, ce sont ces deux éléments qui font toute la différence pour l'usinage CNC. Pour connaître les différences électriques entre ces types de machines, consultez notre comparatif des générateurs monophasés et triphasés.
Ce que chaque itinéraire fait réellement
En résumé, ce qui importe ici, c'est le coût et la qualité de l'énergie. Un convertisseur statique utilise des condensateurs pour générer une troisième phase : le système est mal équilibré, sa puissance est inférieure à sa puissance nominale et il est adapté à un seul moteur. Un convertisseur rotatif ajoute un moteur de ralenti qui lisse cette phase, permettant ainsi à plusieurs moteurs de fonctionner, au prix d'une machine tournante avec roulements et pertes. Un convertisseur de phase numérique synthétise les trois phases électroniquement, avec un équilibrage à quelques pourcents près quelle que soit la charge. Un variateur de fréquence monophasé alimente un moteur avec régulation de vitesse ; un variateur est nécessaire par moteur. Un générateur produit sa propre énergie à partir d'un moteur thermique, ne nécessite aucun raccordement au réseau et sa puissance est uniquement limitée par le matériel acheté. Les puissances nominales des groupes électrogènes sont conformes à la norme ISO 8528-1.
Les deux chiffres qui font la différence : le prix d’achat et le coût par kWh
Prix d'achat de chaque itinéraire
Les fourchettes ci-dessous correspondent aux valeurs de consommation électrique relevées sur le marché pour un atelier de 15 à 25 CV. Elles varient selon le marché et l'ampleur des travaux électriques nécessaires ; il convient donc de les considérer comme des ordres de grandeur plutôt que comme des devis.
| Itinéraire | coût d'achat typique | Remarques |
|---|---|---|
| Convertisseur statique | ~ 80 à 500 $ | Itinéraire le moins cher ; en réalité, un seul moteur |
| Convertisseur rotatif | $ 1,800-3,500 | Moyenne gamme ; plusieurs moteurs |
| Convertisseur numérique | $ 6,000-10,000 | Plusieurs fois une unité rotative |
| Variateur de fréquence monophasé | faible, par moteur | Multiplié par le nombre de moteurs |
| Génératrice | $ 10,000-25,000 | Plus un stockage de carburant et une base |
| Mise à niveau des services publics | $ 8,000-25,000 | Le coût d'extension de la ligne est estimé entre 30 000 et 90 000 dollars par mile. |
Le coût du raccordement au réseau peut surprendre. Il est calculé en fonction de la distance et c'est généralement le client qui paie ; ainsi, pour un terrain situé à quelques centaines de mètres du réseau, on peut se voir facturer un montant à cinq chiffres avant même le début des travaux à l'intérieur du bâtiment.
Coût d'exploitation de chaque itinéraire
Les coûts d'exploitation permettent de différencier les itinéraires de manière beaucoup plus marquée :
- Puissance utilitaire, via un convertisseur ou une alimentation triphasée directe : environ 0.10-0.13$/kWh
- Convertisseur rotatif: environ 0.12 $/kWh avec un rendement d'environ 85 %, plus une consommation continue en veille
- Convertisseur numériqueEnviron 0.12 $/kWh pour un rendement d'environ 97 %, avec une consommation à vide négligeable.
- Générateur diesel: à peu près 0.30-0.46$/kWh avec un rendement énergétique d'environ 30 %, plus l'entretien
Un convertisseur est économique à tous points de vue et raccordé au réseau. Un générateur est coûteux et fonctionne partout ; consultez le tableau de consommation de carburant des générateurs pour connaître les valeurs horaires et la puissance apparente (kVA) par rapport à la puissance apparente (kW).
Le seuil de rentabilité correspond à vos heures de fonctionnement.
Voici le calcul que personne ne publie, et pourtant il permet de trancher. L'option la plus coûteuse à l'usage permet d'économiser du capital, mais cette économie est épuisée à un rythme fixe par heure. En divisant la différence de capital par la différence de coût horaire, on obtient le nombre d'heures nécessaires avant que le capital initialement moins cher ne soit complètement épuisé.
Prenons un exemple concret : si la mise à niveau d’un système d’alimentation électrique est estimée à 30 000 $ tandis que l’installation d’un générateur coûte 15 000 $, on réalise une économie initiale de 15 000 $. Le coût de l’électricité produite par un groupe électrogène diesel est de 0.35 $ par kWh, contre 0.12 $ par kWh pour l’électricité du réseau, soit une différence d’environ 0.23 $ par kWh. Cela signifie que pour une charge de 15 kW, une heure de fonctionnement engendre un surcoût d’environ 3.45 $. Selon ce calcul, les économies initiales seraient amorties après environ 4 300 heures de fonctionnement.
Avec une utilisation de 2 000 heures par an, soit huit heures par jour pendant 250 jours, la ligne électrique est amortie en un peu plus de deux ans et son coût d'utilisation devient ensuite inférieur aux coûts réels. À raison de 200 heures par an, le même calcul prend plus de vingt ans, soit bien au-delà du moment où l'équipement est de toute façon remplacé.
Les estimations sont par tranches, vos chiffres varieront donc ; la tendance générale restera la même. Un grand nombre d'heures de fonctionnement justifie l'investissement dans une alimentation adéquate. Un nombre d'heures faible et intermittent privilégie l'option d'investissement initial moins coûteuse.
Chidi a étudié cette question dans un atelier de menuiserie à Enugu. Les machines triphasées avaient été achetées aux enchères pour bien moins de la moitié du prix de leurs équivalents monophasés, et le fournisseur d'électricité réclamait une somme à cinq chiffres pour alimenter l'atelier en triphasé. Le calcul, basé sur 1 600 heures d'utilisation par an, indiquait qu'un groupe électrogène était la solution la plus économique, et deux machines devaient par la suite être déplacées vers un second site où un convertisseur ne pourrait pas les suivre.
Pourquoi le courant d'appel détermine le prix du générateur et non celui du convertisseur
Il existe une deuxième raison pour laquelle le générateur coûte plus cher, et elle n'a rien à voir avec le moteur.
Un convertisseur consomme son courant de démarrage via le réseau électrique. Ce dernier absorbe cette surtension grâce à une capacité non facturée sur le site, et un disjoncteur la tolère pendant une ou deux secondes. La puissance nominale du convertisseur correspond à une charge stable, et non à la surtension au démarrage.
Un générateur doit produire lui-même la totalité de cette intensité. Il ne dispose d'aucun réseau électrique ni d'aucune capacité de court-circuit, il doit donc fournir la plus grande demande de démarrage sur site tout en alimentant tous les autres appareils déjà en fonctionnement.
Une partie du coût d'un générateur correspond à une capacité qui n'est disponible que quelques secondes avant de rester inutilisée. Un convertisseur numérique peut supporter une surcharge importante et ponctuelle grâce au réseau électrique qui la fournit. Ce n'est pas le cas d'un générateur ; son dimensionnement est donc basé sur le pic de consommation de la journée plutôt que sur la charge qu'il alimente tout au long de l'après-midi.
Cette méthode de dimensionnement est un sujet à part entière, que notre guide sur les groupes électrogènes diesel triphasés aborde en détail, tout comme le guide des applications de puissance électrique de Caterpillar . C'est l'impact sur le prix qui importe ici : la puissance de démarrage, et non la charge nominale, est le facteur déterminant. Notre guide sur l'ampérage des groupes électrogènes triphasés indique les valeurs de courant que votre appareillage de commutation doit supporter.
Qualité de l'énergie : avantages et inconvénients du générateur
Le coût d'exploitation ne représente que la moitié de la décision. L'autre moitié dépend de l'adéquation du parcours à la machine, et là, la réponse est nuancée.
Équilibre de tension : le générateur est en avance
L'équilibre de tension correspond à la correspondance entre les trois phases du moteur. Les moteurs y sont sensibles, car un déséquilibre entraîne un échauffement sans production de travail.
- Convertisseur rotatifUn déséquilibre de 3 à 8 % réduit la puissance du moteur à environ 85 à 91 % de sa puissance nominale et raccourcit la durée de vie de l'isolation.
- Convertisseur numérique: environ ±2%
- Générateur avec régulateur de tension automatique (AVR) bien régulé: environ ±1%
Cet ordre de fonctionnement n'est pas celui que les arguments marketing des convertisseurs laissent entendre. Un générateur correctement régulé offre un équilibre plus précis que n'importe quel convertisseur, ce qui est crucial pour un moteur soumis à de longues charges lors de quarts de travail. Les critères de réduction de puissance sont définis dans la norme NEMA MG-1 et dans notre guide des spécifications des alternateurs de générateurs.
Stabilité de fréquence : Le convertisseur est en avance
À l'inverse, un convertisseur hérite de la fréquence du réseau électrique, maintenue à une fraction de hertz près et sans dérive. La fréquence d'un générateur est fixée par le régulateur du moteur, et un régulateur mécanique présente une chute de fréquence de 3 à 5 % entre la marche à vide et la pleine charge, soit une variation d'environ 1.5 à 2.5 Hz sur un réseau de 50 Hz.
Sans danger pour une pompe ou un convoyeur. Dangereux pour une commande numérique, qui prend en compte simultanément la fréquence, la tension et le temps de récupération. Un générateur peut être régulé avec une précision suffisante pour les équipements sensibles, mais uniquement s'il est spécifiquement conçu à cet effet.
Le problème de régénération lors de la décélération CNC
Il existe ici un mode de défaillance rarement décrit par écrit, et qui affecte l'itinéraire le plus souvent recommandé.
Lorsque la broche ou le système d'asservissement décélère une charge rotative importante, le moteur passe en mode générateur et réinjecte de l'énergie dans le réseau électrique. Comme le convertisseur rotatif ne dispose pas d'un circuit efficace pour absorber cette énergie, le courant circule entre le rotor du moteur à l'arrêt et les condensateurs en fonctionnement, se convertissant en chaleur.
Les symptômes suivent un schéma précis. Lors de la décélération, la tension du fil d'alimentation augmente de plusieurs volts par rapport aux autres. Le moteur au ralenti chauffe anormalement. Les entraînements de broche présentent un défaut de surtension. Enfin, les condensateurs de démarrage gonflent ou fuient en moins de dix-huit mois, au lieu des cinq à dix ans prévus par le programme d'entretien.
Un convertisseur numérique à étage d'entrée actif se régénère proprement, et un générateur évite également ce problème, bien qu'il soit exposé au risque inverse de surfréquence et de surtension. L'utilisation de résistances de freinage sur le bus CC du variateur constitue la solution standard dans les deux cas.
Lars a rencontré ce problème sur une cellule d'usinage au Jutland. La machine fonctionnait correctement avec un convertisseur rotatif pendant un peu plus d'un an, puis une longue descente en régime de broche a provoqué le déclenchement du variateur. Une inspection a révélé que les condensateurs de démarrage étaient gonflés. Le remplacement des résistances de freinage et de la batterie de condensateurs a résolu le problème, mais a annulé l'avantage financier qui avait motivé le choix du convertisseur rotatif.
| Propriétés | Converter | Génératrice | Gagnant |
|---|---|---|---|
| Équilibrage de tension | 3-8% (rotatif), ±2% (numérique) | environ ±1% | Génératrice |
| Stabilité de la fréquence | Verrouillé à l'utilitaire | Baisse de 3 à 5 % du gouverneur | Converter |
| Fonctionne sans grille | aucune | oui | Génératrice |
| Le coût d'achat | $ 80-10,000 | $ 10,000-25,000 | Converter |
| Coût par kWh | $ 0.10-0.13 | $ 0.30-0.46 | Converter |
Convertisseur de phase ou générateur : adapter le trajet à la charge
Compte tenu de la structure des coûts et du verdict sur la qualité de l'énergie, le choix se résume à ce qui est disponible sur place.
Une machine, un moteur
Un moteur unique nécessitant une vitesse variable est généralement mieux adapté à un variateur monophasé. Pour un moteur nécessitant simplement une alimentation, avec une faible demande au démarrage, le convertisseur rotatif est idéal ; il doit être dimensionné à 1.5 fois la puissance nominale du moteur, voire à 2 fois pour les charges exigeant un démarrage rapide comme les compresseurs. Pour une machine à commande numérique (CNC) ou tout appareil intégrant des composants électroniques sensibles, il est préférable d'écarter d'emblée l'option du convertisseur rotatif.
Plusieurs machines, charges mixtes
Dans un atelier où plusieurs machines démarrent et s'arrêtent indépendamment, une alimentation centralisée est préférable à des variateurs individuels, car le coût d'un variateur par moteur s'accumule rapidement. Un convertisseur rotatif peut alimenter un sous-tableau si la charge totale et le démarrage unique le plus important restent dans ses limites ; lorsque les machines démarrent simultanément, la capacité requise devient presque aussi coûteuse qu'un groupe électrogène.
Aucun tarif à cinq chiffres pour la mise à niveau du réseau, le travail mobile ou un service supérieur.
L'emplacement du générateur est étroit mais stable. C'est le seul itinéraire possible sans raccordement au réseau, et le seul qui permette un déplacement entre les sites. C'est souvent la solution la plus économique pour obtenir une capacité triphasée importante lorsque le coût d'une extension de ligne se chiffre en dizaines de milliers d'euros.
Notre gamme de générateurs diesel couvre les tailles habituelles de ces boîtiers.
Questions fréquemment posées
Un convertisseur de phase est-il moins cher qu'un générateur ?
Oui, sur les deux points. Son prix d'achat est inférieur à celui d'un générateur de capacité comparable et son coût d'utilisation sur le réseau électrique est d'environ 0.10 à 0.13 € /kWh , contre environ 0.30 à 0.46 € /kWh pour le diesel. Le hic : il ne fonctionne que là où une alimentation monophasée est déjà disponible et capable de supporter la charge.
Un convertisseur de phase ou un générateur peut-il alimenter une machine CNC ?
En règle générale, on n'utilise pas de convertisseur rotatif sur une machine à broche. Son déséquilibre de 3 à 8 % sollicite fortement l'électronique de la commande numérique, et la patte fabriquée ne peut absorber l'énergie renvoyée par la broche lors de la décélération, ce qui se traduit par des défauts d'entraînement et la défaillance des condensateurs de démarrage. Un convertisseur numérique convient aux opérations sur machine à commande numérique, et un générateur peut également convenir si la régulation de fréquence et de tension est spécifiée.
Un convertisseur de phase peut-il fonctionner avec un générateur monophasé ?
Uniquement lorsque le générateur peut supporter la charge supplémentaire. Un convertisseur nécessite une alimentation monophasée à la tension appropriée et de capacité suffisante, et il puise son courant de démarrage via cette alimentation, comme il le ferait sur le réseau. Lorsque le groupe électrogène est suffisamment puissant, un convertisseur ou un variateur de fréquence adapté en aval alimentera le moteur triphasé, avec les mêmes limites de capacité que celles applicables au convertisseur. Notre guide sur les groupes électrogènes diesel triphasés explique si le moteur peut être reconnecté.
Conclusion
Le choix entre un convertisseur de phase et un générateur se résume à ceci : le convertisseur est moins cher à l’achat et à l’utilisation, et dépend entièrement d’une alimentation électrique existante. Un générateur coûte plus cher sur les deux points et fonctionne partout. Aucun de ces critères ne suffit à lui seul à faire le choix.
Le calcul est simple. Divisez la différence d'investissement par la différence de coût d'exploitation horaire et comparez le résultat avec votre nombre d'heures d'utilisation réelles. Un grand nombre d'heures d'utilisation justifie un groupe électrogène ; un nombre d'heures faible et intermittent privilégie un investissement moins important, et pour une machine qui doit se déplacer, le groupe électrogène est toujours préférable.
Ensuite, consultez la colonne « qualité de l'alimentation » : un générateur offre une tension plus stable et une fréquence plus instable. Pour une pompe, ce critère est suffisant. Pour une broche de machine à commande numérique, c'est un point crucial.
Envoyez-nous la liste des chargements et les heures de fonctionnement, et nous comparerons les itinéraires entre eux plutôt que de privilégier l'un d'eux.
