Types d’application VFD et leur impact sur la capacité de courant et le cycle de service

Le choix d’un variateur de fréquence approprié commence par la compréhension du profil de couple de la charge. Les différentes applications imposent des exigences de couple et de surcharge variables au moteur et au variateur, c’est pourquoi SmartD fournit des valeurs nominales de service normal et de service intensif. Les valeurs normales autorisent une surcharge d’environ 110 % pendant 60 s, tandis que les valeurs élevées autorisent une surcharge d’environ 150 % pendant 60 s.

Charges à couple variable (centrifuges)

• Nature de la charge : Pour les pompes centrifuges, les ventilateurs et les soufflantes, le couple varie avec le carré de la vitesse et la puissance varie avec le cube de la vitesse. À mi-vitesse, le couple de la charge tombe à environ un quart et la puissance à un huitième des valeurs à pleine vitesse. Comme le couple est faible à basse vitesse, ces charges n’ont pas besoin d’un couple de démarrage élevé.
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• Cycle de service : Ces charges sont considérées comme normales. Un variateur de vitesse en service normal est conçu pour fournir environ 110 % du courant nominal pendant 60 s. Les applications centrifuges n’ont généralement pas besoin d’un couple de décollage élevé, de sorte qu’une capacité de surcharge de 110 % est suffisante.

• Applications typiques : Ventilateurs d’alimentation et de retour des systèmes CVC, pompes centrifuges, compresseurs axiaux-centrifuges, soufflantes centrifuges et agitateurs avec des liquides de faible viscosité.

Charges à couple constant

• Nature de la charge : Dans les applications à couple constant, la demande de couple est essentiellement indépendante de la vitesse. Comme le moteur doit fournir le couple nominal même à très basse vitesse, il consomme un courant relativement élevé à basse vitesse et le variateur doit fournir un couple de démarrage élevé (environ 1,5 × le couple nominal) pour surmonter le frottement statique et l’inertie.
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• Cycle de service : Ces applications requièrent un variateur de vitesse pour service intensif. Les variateurs à usage intensif peuvent fournir environ 150 % du courant nominal pendant 60 s. Les spécifications des variateurs SmartD indiquent une capacité de surcharge de 150 % pendant 60 s, contre 110 % pour un usage normal. Cette capacité de surcharge plus élevée garantit que le variateur ne se déclenchera pas lorsqu’il fournira le courant de démarrage élevé nécessaire à l’accélération de la charge.

• Applications typiques : Convoyeurs (à bande, à vis ou à vibrations), soufflantes et pompes volumétriques, compresseurs alternatifs et rotatifs, et mélangeurs avec des boues épaisses ou de la pâte comme charges à couple constant. Les palans, les entraînements de traction et les mélangeurs sont également cités comme exemples de charges à couple constant. Comme ces charges peuvent nécessiter un couple élevé au démarrage ou pendant l’accélération, il convient de choisir un entraînement robuste.

Charges élevées/fort couple de démarrage

• Nature de la charge : Certaines applications impliquent une forte inertie ou des matériaux visqueux qui exigent un couple très élevé pour initier le mouvement (couple de rupture). Le couple d’arrachement est généralement exprimé en pourcentage du couple de pleine charge et peut atteindre environ 200 % du couple de pleine charge. Par exemple, lorsqu’un mélangeur commence à faire tourner une boue visqueuse, le variateur peut devoir fournir jusqu’à 200 % du courant nominal pendant quelques secondes. Une fois que la charge commence à se déplacer, le couple et le courant reviennent aux valeurs nominales.
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• Cycle de service : Les variateurs utilisés sur des charges de rupture élevées doivent tolérer des pointes de courant de très courte durée (200 % du courant nominal pendant quelques secondes). Les utilisateurs doivent s’assurer que la capacité de surcharge et le facteur de marche du variateur sélectionné peuvent fournir le courant de démarrage requis sans déclencher de surintensité.

• Applications typiques : Agitateurs mélangeant des fluides visqueux, mélangeurs de pâte, pompes à boues et toute charge nécessitant un couple de rupture élevé.

Charges à puissance constante

• Nature de la charge : Dans les applications à puissance constante, le couple requis diminue à mesure que la vitesse augmente. La puissance restant constante, la réduction de la vitesse présente peu d’avantages en termes d’économies d’énergie. Ces applications fonctionnent souvent au-dessus de la vitesse de base.

• Cycle de service : Comme le couple est réduit au-dessus de la vitesse de base, le besoin de surcharge du VFD est généralement modeste. Les variateurs à deux niveaux de service (normal et élevé) peuvent généralement supporter ces charges, à condition que leur courant nominal continu corresponde au courant de pleine charge du moteur.

• Applications typiques : Machines-outils telles que les tours, les rectifieuses et les scies, bobineuses et autres équipements où la vitesse linéaire du produit doit rester constante lorsque le diamètre change.

Charges avec à-coups / Charges avec chocs

• Nature de la charge : Les charges avec à-coups nécessitent un couple par intermittence et ne dépendent pas de la vitesse du moteur. Par exemple, une poinçonneuse utilise un volant d’inertie pour stocker l’énergie et doit être ré-accélérée entre chaque course. Le variateur doit fournir un couple d’accélération suffisant pour rétablir la vitesse du volant avant la course suivante.

• Cycle de travail : Les variateurs utilisés dans les applications avec à-coups doivent avoir une capacité de surcharge importante à court terme et une conception thermique robuste pour gérer la nature cyclique de la charge. Bien que ces charges ne soient pas aussi courantes que les charges centrifuges ou à couple constant, l’ingénieur doit s’assurer que le variateur peut fournir le courant de pointe sans se déclencher.
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• Applications typiques : Presses à découper, machines à estamper et autres équipements ayant une demande d’énergie cyclique.

Résumé de l’influence du type d’application sur le dimensionnement du VFD

Le tableau ci-dessous résume les catégories d’applications courantes des variateurs de vitesse, le profil de couple typique, le type d’utilisation recommandé et l’influence sur la capacité de courant du variateur.