Un entraînement à fréquence variable est un dispositif essentiel pour ajuster les opérations des processus industriels et non industriels en fonction de diverses variables.

Les processus industriels tels que la pâte à papier, l’exploitation minière, l’alimentation et les boissons, et le textile, ainsi que les processus non industriels tels que le chauffage, la ventilation et la climatisation, le traitement de l’eau, la vidange et l’irrigation, ont tous besoin d’un variateur de fréquence pour fonctionner de manière efficace.

En particulier, les systèmes HVAC jouent un rôle crucial dans la création et le maintien d’un environnement confortable dans nos bureaux, nos bâtiments publics, nos centres commerciaux et nos maisons en ajustant le débit d’air en fonction de la température et de l’humidité. Les variateurs de fréquence permettent d’ajuster le débit d’air.

L’objectif principal de l’utilisation des variateurs de vitesse est d’adapter la vitesse ou le couple/puissance du variateur aux exigences du processus, en fonction de l’application spécifique. En atteignant ces objectifs, les utilisateurs de VFD peuvent bénéficier de nombreux avantages, tels que les économies d’énergie, l’amélioration de l’efficacité du système, la réduction des contraintes mécaniques sur les machines, l’augmentation de la durée de vie de l’équipement et la réduction de la fréquence de maintenance. En outre, les variateurs de fréquence peuvent contribuer à réduire les niveaux de bruit des ventilateurs et des pompes, entre autres.

Dans les situations où le temps d’arrêt n’est pas envisageable, comme dans une salle d’opération d’un hôpital ou un centre de données, ou lorsque les interruptions de service peuvent entraîner une détérioration, comme dans un entrepôt alimentaire, il est essentiel de garantir un fonctionnement ininterrompu du ou des moteurs, même en cas de défaillance du variateur de vitesse.

Une solution courante à ce problème consiste à installer un Bypass à deux contacteurs. Ce mécanisme permet au moteur de contourner le variateur de vitesse et de continuer à tourner à plein régime, assurant ainsi une fourniture ininterrompue du service malgré la défaillance du variateur de vitesse.

Pour remplacer en toute sécurité un variateur de vitesse dans ce système simple, l’alimentation électrique doit être coupée. Toutefois, une solution plus efficace consiste à incorporer un bypass à trois contacteurs.

Un bypass à 3 contacteurs comprend un contacteur supplémentaire avant le variateur de vitesse qui coupe l’alimentation du variateur lorsqu’il est en mode dérivation. Cela permet au moteur de continuer à fonctionner en cas de défaillance du VFD, tout en permettant de retirer le VFD en toute sécurité et de le remplacer par une nouvelle unité sans interrompre le fonctionnement du moteur.

La distinction essentielle entre un bypass à 2 contacteurs et un bypass à 3 contacteurs est la suivante :

• Avec un bypass à 2 contacteurs, il est nécessaire de mettre le système hors tension avant de remplacer le VFD.
• En revanche, un bypass à 3 contacteurs permet de remplacer le VFD tout en continuant à faire tourner le moteur en mode dérivation.

Les câbles européens sont généralement fabriqués avec des conducteurs aux dimensionnements métriques (identifiés par une section de mm2), tandis que les câbles fabriqués aux États-Unis utilisent les normes de taille AWG.

Pendant la phase de décélération, la vitesse du moteur dépasse la fréquence de sortie du variateur de vitesse, également appelée vitesse synchrone. Le moteur fonctionne alors comme un générateur et l’énergie est renvoyée au variateur de vitesse ce qui entraîne une augmentation de la tension continue. Ce phénomène est connu sous le nom de « régénération ». Pour éviter une alarme de surtension, il est essentiel de régler un temps de décélération approprié et de consommer l’énergie régénérée dans une résistance de freinage.

Cependant, les variateurs de vitesse Clean Power sont équipés d’un Active Front End (AFE) qui alimente le réseau électrique avec l’énergie régénérée, éliminant ainsi le besoin d’une résistance de freinage.

Le temps de décélération peut être calculé sur la base des caractéristiques mécaniques du système, telles que l’inertie du moteur et de la charge et le couple d’accélération. En particulier :

Temps de décélération = (vitesse cible – vitesse de départ) x J / Ca

Ici, les vitesses de consigne et de démarrage sont mesurées en tours par seconde, J représente l’inertie totale du moteur et de la charge (en kg.m2), et Ca est le couple d’accélération, qui est égal à 9,55 fois la différence entre le couple nominal du moteur et le couple minimal de la charge.

Les moteurs électriques sont généralement conçus pour fonctionner à des altitudes inférieures ou égales à 1 000 mètres au-dessus du niveau de la mer.

En altitude, la pression atmosphérique diminue, ce qui peut compromettre la dissipation de la chaleur du moteur et, par conséquent, sa température, son isolation et la durée de vie de la graisse pendant le fonctionnement.

Pour garantir le bon fonctionnement du moteur, des mesures spécialisées, telles que le déclassement, sont nécessaires.

Le même problème se pose pour les variateurs de fréquence (VFD) qui contrôlent le moteur.

En altitude, la dissipation de la chaleur du VFD diminue également en raison de la faible pression atmosphérique. En l’absence de recommandations du fabricant, il est courant de réduire la puissance du moteur et de l’entraînement à fréquence variable de 3 % tous les 300 mètres (1000 pieds) lorsque l’altitude dépasse 1000 mètres.

La conception des Clean Power VFDs permet de fonctionner sans déclassement jusqu’à une altitude de 2000 m.

Les connexions logiques source et sink font référence au flux de courant dans les circuits CC et sont généralement associées aux signaux d’E/S des automates. Dans un circuit d’entrée ou de sortie Sink, la charge électrique est reliée à la terre. En revanche, une entrée ou une sortie Source fournit la source de tension pour la charge électrique.

Les entrées numériques du Clean Power VFD sont compatibles avec les connexions logiques source et sink, et la sélection peut être effectuée par logiciel. Les images suivantes illustrent les deux logiques : le sourcing (connexion au capteur PNP) implique la commutation du +24V aux entrées, tandis que le sinking (connexion au capteur NPN) implique la commutation du 0V aux entrées.

Pour avoir une compréhension exhaustive de l’efficacité, il faut considérer le système dans son ensemble plutôt que de se concentrer sur des composants individuels. Le rendement (ou efficacité) peut être défini comme le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d’entrée d’un système. Dans notre scénario, la puissance mécanique produite par le moteur constitue la puissance de sortie, tandis que la puissance électrique fournie au VFD est la puissance d’entrée.

Puissance électrique d’entrée Pin, depend de la tension (U), du courant (I), et du facteur de puissance (cosϕ). Le facteur de puissance nous indique quelle proportion de la puissanceélectrique est une puissance active et quelle est la puissance réactive. Pour produire la puissance mécanique requise, la puissance active est nécessaire.. La puissance réactive est nécessaire pour produire une magnétisation dans le moteur.

La puissance de sortie mécanique (Pout) dépend du couple (T) et de la vitesse de rotation (n).

Lors du transfert de l’énergie électrique à l’énergie mécanique, les principales pertes sont d’ordre thermique. Tant au niveau du VFD que du moteur.

Ces deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable et peuvent prêter à confusion. La puissance de sortie d’un VFD est la puissance d’entrée moins les pertes. Cela s’exprime comme suit Pperte=Pentrée-Psortie

Lors de l’analyse d’un système complet, de la connexion au réseau jusqu’au moteur, il suffit d’additionner les pertes de chaque composant individuel (contacteurs, fusibles, VFD, filtres, câbles et moteur) pour déterminer la perte totale du système.

Efficiency, on the other hand, is more of a performance metric and is calculated as Efficiency = Poutput/Pinput.

Les normes de conformité CEM pour les systèmes d’entraînement de puissance (PDS) couvrent non seulement le variateur de vitesse, mais aussi le moteur et tous les éléments d’interconnexion tels que les câbles de commande, les câbles du moteur, les câbles d’alimentation, les contacteurs, les boîtes de jonction, etc. Les normes spécifient deux types d’environnement différents (1er et 2e environnement) en fonction de l’emplacement du point de couplage commun (PCC). Il existe 4 catégories de produits différentes (C1, C2, C3 et C4) qui définissent des limites variables pour le bruit RFI conduit dans le réseau, dans la gamme de fréquences de 150KHz à 30MHz, en fonction de la tension et du courant nominaux de l’entraînement à fréquence variable, et selon qu’il est ou non installé par un professionnel de la CEM.

• Le premier environnement comprend les locaux domestiques et les bâtiments/installations directement raccordés à un réseau basse tension (par exemple 230/400 V) qui alimente également les bâtiments utilisés à des fins domestiques. Le raccordement direct signifie qu’il n’y a pas de transformateur intermédiaire entre ces bâtiments.
• Le deuxième environnement comprend tous les bâtiments/installations qui ne sont pas directement raccordés à un réseau d’alimentation basse tension qui alimente également les bâtiments à des fins domestiques. Par exemple, une installation dotée d’un transformateur d’alimentation basse tension dédié serait une installation du deuxième environnement.

• Catégorie C1 – cette catégorie s’applique aux variateurs de vitesse connectés à une alimentation secteur<1000 volts pour une utilisation dans le 1er environnement.
• Catégorie C2 – cette catégorie s’applique aux variateurs de vitesse connectés à une alimentation secteur <1000 volts qui, lorsqu’ils sont utilisés dans le premier environnement, et qui seront installés et mis en service uniquement par un professionnel. On définit un professionnel comme une personne ou une organisation ayant les compétences nécessaires pour installer des VFD, y compris leurs aspects CEM.
• Catégorie C3 – cette catégorie s’applique aux variateurs de vitesse connectés à une alimentation secteur <1000 volts pour une utilisation dans le 2e environnement.
• Catégorie C4 – cette catégorie s’applique aux variateurs de vitesse raccordés à un réseau d’alimentation ≥1000 volts ou d’une puissance nominale ≥400 ampères, ou destinés à être utilisés dans des systèmes complexes dans le 2e environnement.

Bien que les deux termes soient liés au courant consommé par un moteur, ils ont des significations et des utilisations légèrement différentes :

FLA du moteur (Ampères à pleine charge) :

• Il s’agit du courant réel consommé par le moteur lorsqu’il fonctionne à sa puissance nominale et à sa tension nominale.

• Vous pouvez trouver ces données sur la plaque signalétique du moteur.

• Elle est utilisée à diverses fins, notamment :

  • Choix des disjoncteurs et des dispositifs de protection contre les surcharges pour le circuit du moteur.

  • Calcul de la consommation d’énergie du moteur.

  • Comparaison des performances de différents moteurs.

FLC du moteur (Courant à pleine charge) :

• Il s’agit d’une valeur de référence standard pour le courant tiré par un moteur d’une taille et d’un type particuliers.

• Vous pouvez trouver ces valeurs dans des tableaux fournis par des normes électriques comme le National Electrical Code (NEC) aux États-Unis.

• Il est généralement utilisé pour la conception initiale du circuit et la planification lorsque le moteur spécifique n’a pas encore été sélectionné.

• Elle n’est pas toujours identique au FLA réel d’un moteur spécifique, car il peut y avoir de légères variations entre les différents fabricants et modèles.

Principales différences :

• Source: Le FLA est basé sur le moteur spécifique, tandis que le FLC est une valeur de référence générale. value.

• Précision: Le FLA est plus précis pour le moteur spécifique, tandis que le FLC est une estimation.

• Utilisation: Le FLA est utilisé pour des calculs et des choix détaillés, tandis que le FLC est utilisé pour la planification initiale.

En résumé :

• Utilisez le FLA lorsque vous avez le moteur spécifique et que vous avez besoin d’informations précises sur son courant de consommation.

• Utilisez le FLC pour la planification et la conception initiales lorsque le moteur spécifique n’a pas encore été sélectionné.

Pour garantir la sécurité et la protection, des fusibles sont utilisés pour protéger le câble d’entrée en cas de court-circuit et pour éviter d’endommager le variateur en cas de court-circuit à l’intérieur du variateur. Toutefois, les recommandations relatives aux types de fusibles peuvent varier en fonction des réglementations locales. Par exemple, dans l’environnement CEI, les types de fusibles aR à grande vitesse sont généralement recommandés, bien que les fusibles gG puissent également être utilisés s’ils fonctionnent suffisamment rapidement (max. 0,1 seconde). Le temps de fonctionnement est influencé par l’impédance du réseau d’alimentation, ainsi que par la section et la longueur du câble d’alimentation.

Dans l’environnement UL, l’article 430.52(C)(5) du NEC recommande l’utilisation de fusibles rapides pour la protection des circuits de dérivation des moteurs dans les systèmes de commande des moteurs qui utilisent des dispositifs à semi-conducteurs tels que les VFD et les démarreurs progressifs. Par exemple, l’utilisateur peut sélectionner un fusible de classe J ou de classe T. Les fusibles de la classe J sont des versions à action rapide et à temporisation conçues pour 600 volts CA et peuvent interrompre un minimum de 200 000 ampères. Les intensités nominales des fusibles de type J vont de 1 à 600 ampères. Les fusibles de classe T sont également à action rapide et à limitation de courant. Ils sont conçus pour des versions de 300 volts CA et de 600 volts CA, avec des intensités nominales allant de 1 à 800 ampères.

Pour définir le calibre du fusible, il faut prendre en compte le courant nominal du VFD (par exemple 34A pour le Clean Power VFD de 18,5kW). La valeur calculée peut être déterminée en multipliant le courant nominal du VFD par 1,25 (pour un fonctionnement normal, disponible en continu sans surcharge). Par exemple, pour un VFD de 34A, 1,25 x 34A = 42,25A. Le catalogue du fabricant de fusibles doit être consulté pour sélectionner un fusible dont la taille standard est juste supérieure à la valeur calculée, ce qui, dans ce cas, serait un fusible de 50A. La tension du fusible doit également être supérieure à la tension de la ligne, et un fusible de 600 VAC doit être choisi.

Il est essentiel de toujours utiliser des câbles conformes aux normes UL (cuivre et température minimale de 75C / 167F) et des porte-fusibles spécifiés pour les fusibles sélectionnés afin de garantir la sécurité et la protection.

La mise à la terre est l’action de relier un circuit électrique ou un objet conducteur à la terre, ou à un matériau conducteur relié à la terre.

D’autre part, le terme « bonded » ou « bonding », souvent utilisé pour désigner une liaison, fait référence à l’action de relier deux ou plusieurs objets conducteurs afin d’établir une continuité et une conductivité électriques. Il est important de noter que la liaison ne signifie pas nécessairement la mise à la terre, car les objets connectés peuvent ne pas être reliés à la terre. Cependant, la liaison garantit que les parties métalliques des objets peuvent former un chemin électriquement conducteur pour assurer la continuité de l’électricité.

Lorsque vous mesurez le courant d’entrée et de sortie d’un VFD, vous pouvez observer que le courant de sortie est plus élevé que le courant d’entrée. Cela contredit la croyance selon laquelle le courant de sortie devrait être inférieur au courant d’entrée en raison de l’efficacité du VFD qui est inférieure à 100 %.

Le courant d’entrée du réseau électrique vers le VFD est le courant réel qui produit un travail utile ou un couple. Le courant de sortie du VFD vers le moteur a deux composantes : le courant réel qui génère le travail utile ou le couple (watts) et le courant réactif qui génère le champ magnétique dans le moteur (vars).

Le courant de sortie total du VFD est la racine carrée de la somme des carrés du courant réel et du courant réactif. Le courant réel est fourni par le réseau électrique tandis que le courant réactif est fourni par le condensateur du bus CC à l’intérieur du VFD. Par conséquent, il est possible que le courant de sortie du VFD soit plus élevé que le courant d’entrée.

Le courant de rotor bloqué est le courant en régime permanent d’un moteur dont le rotor est bloqué et dont la tension nominale est appliquée à la fréquence nominale (valeurs de la plaque signalétique).
La NEMA a désigné un ensemble de lettres de code pour définir les kilovolts-ampères par cheval-vapeur à rotor bloqué : KVA/Hp
KVA=(Tension nominale x Courant d’appel x 1,732 (racine carrée de 3))/1000
HP= selon la plaque signalétique du moteur

Cette lettre de code figure sur la plaque signalétique de tous les moteurs à induction à cage d’écureuil pour courant alternatif.

Par exemple : Déterminer le courant maximal du rotor bloqué pour un moteur Code G, 460 volts, triphasé, 25 HP.

Courant rotor bloqué = ( 6,29 x 25 x 1000/√3 ) / 460 = 197 A

Que ce soit dans le domaine industriel ou non, la plupart des processus et des machines en mouvement sont entraînés par des moteurs électriques.
Couper, écraser, former, rouler, mélanger, extruder, hisser, transporter, pomper, souffler, comprimer… il y a toujours un moteur électrique derrière ces actions.
Certains disent que le moteur électrique est le cheval de trait des processus.

Les moteurs électriques peuvent être divisés en moteurs à courant alternatif et à courant continu. Les moteurs à courant alternatif, en particulier les moteurs à cage d’écureuil, sont les plus utilisés. Nous nous concentrons ici sur les moteurs à courant alternatif.

Un VFD fournit 3 contrôles essentiels au moteur : sa vitesse, son couple et sa puissance.
Sans oublier de nombreux autres avantages, tels que la protection et les économies d’énergie.

Il faut toujours considérer le système constitué par le moteur et le VFD ensemble !

Moteurs à induction

Moteurs dans lesquels le champ magnétique est induit (d’où le nom). Ils tournent plus lentement que le champ magnétique (glissement), d’où leur désignation d’asynchrones. Ils fonctionnent généralement à une vitesse constante qui varie légèrement lorsque des charges mécaniques sont appliquées à l’arbre du moteur. En raison de sa simplicité, de sa robustesse et de son faible coût, ce type de moteur est le plus utilisé et, en pratique, il convient parfaitement à presque tous les types de machines.
Il est possible de contrôler la vitesse des moteurs à induction à l’aide de variateurs de fréquence.

Moteurs synchrones :

Les moteurs synchrones sont des moteurs à courant alternatif triphasé qui fonctionnent à une vitesse fixe, sans glissement, et sont généralement utilisés pour les grandes puissances.

Durée de vie des moteurs :

La durée de vie utile du moteur dépend presque exclusivement de la durée de vie de l’isolation du bobinage. La durée de vie d’un moteur est affectée par de nombreux facteurs, tels que l’humidité, les vibrations, les environnements corrosifs, etc. Parmi tous ces facteurs, le plus important est la température de fonctionnement des matériaux d’isolation utilisés. Une augmentation de 8 à 10 degrés au-dessus de la classe de température nominale du système d’isolation peut réduire de moitié la durée de vie du moteur.

Les applications à couple constant, telles que les extrudeuses, les convoyeurs, les équipements de levage, les compresseurs et les concasseurs, requièrent généralement un variateur de fréquence de type Heavy-Duty (HD). Ces applications exigent un niveau élevé de tolérance à la surcharge tout en maintenant un couple de charge constant, ce qui rend les variateurs de vitesse Heavy-Duty essentiels pour supporter les contraintes lors du démarrage ou des augmentations soudaines de la charge.

En revanche, les applications à couple variable, notamment les ventilateurs et les pompes centrifuges, ne nécessitent généralement qu’un variateur de fréquence de service normal (ND). Dans ces applications, le couple diminue avec la vitesse, ce qui signifie que le variateur n’a pas besoin d’une capacité de surcharge élevée, car la charge reste proportionnelle à la vitesse.

Les variateurs de vitesse pour service intensif sont conçus pour supporter 150 % de leur courant nominal pendant une minute, tout en pouvant fonctionner en continu à 100 % de leur courant nominal. Les variateurs de vitesse de service normal, couramment utilisés pour les ventilateurs et les pompes, offrent une capacité de surcharge plus faible, généralement de 110 % du courant nominal pendant une minute, tout en étant capables de fonctionner en continu à leur courant nominal maximal.

La plupart des variateurs de vitesse ont une double classification, ce qui signifie qu’ils peuvent être utilisés à la fois pour des applications de service normal et de service intensif, bien qu’avec des capacités de courant différentes. Par exemple, un variateur capable d’alimenter un moteur de 20 CV en mode normal peut également entraîner un moteur de 15 CV en mode intensif. La différence réside dans la capacité du variateur à gérer le courant requis et les conditions de surcharge.

Lors de la configuration, l’utilisateur doit sélectionner le mode approprié – Normal Duty (service normal) ou Heavy-Duty (service intensif). Le VFD ajustera alors ses paramètres de protection contre les surcharges et se déclenchera si le courant ou la durée dépasse les seuils fixés, garantissant ainsi un fonctionnement sûr dans les limites définies.

Le facteur de puissance (cos phi) est une mesure essentielle de l’efficacité et de la qualité de conception d’un système électrique. Il est dérivé de la relation entre la puissance active (P) et la puissance apparente (S).

• Puissance active (P) : Puissance réelle en kilowatts (kW) utilisée par des équipements essentiels tels que les moteurs, l’éclairage et les ordinateurs, qui est convertie en énergie mécanique, en chaleur ou en lumière.

• Puissance apparente (S) : Mesurée en kilovolts-ampères (kVA), c’est le produit de la tension (Vrms) et du courant (Irms) moyens quadratiques (RMS). Elle détermine la puissance des équipements électriques.

Le facteur de puissance est calculé comme le rapport entre la puissance active et la puissance apparente, avec des valeurs comprises entre 0 et 1, indiquant l’efficacité du système dans l’utilisation de l’énergie électrique. Un facteur de puissance élevé signifie que l’installation électrique est plus efficace, tandis qu’un facteur de puissance faible indique des inefficacités.

Pourquoi améliorer le facteur de puissance ?

1. Réduction des coûts : L’amélioration du facteur de puissance peut conduire à des économies significatives sur les factures d’électricité. Les compagnies d’électricité facturent souvent des frais supplémentaires en cas de faible facteur de puissance ; l’amélioration du facteur de puissance peut donc réduire ou éliminer ces pénalités.

2. Optimisation du système : L’amélioration du facteur de puissance peut optimiser l’utilisation de l’infrastructure électrique, en permettant l’utilisation de transformateurs, d’appareillages de commutation et des câbles plus petits. Cela réduit les pertes de puissance, les chutes de tension et améliore les performances globales du système.

3. Augmentation de la capacité : En réduisant la charge de courant sur les transformateurs et autres équipements, l’amélioration du facteur de puissance peut libérer de la capacité, ce qui permet d’augmenter la charge sans devoir procéder à des mises à niveau coûteuses.

La norme CEI 61508 distingue essentiellement deux types de fonctions de sécurité : les fonctions à forte demande et les fonctions à faible demande.

Une fonction de sécurité à forte demande correspond à une demande qui se produit plus d’une fois par an (par exemple, une fois par jour) et une fonction à faible demande correspond à une demande dont le taux de demande prévu est inférieur à une fois par an (par exemple, une fois tous les dix ans).

La CEI 61508 ne définit pas le terme « demande », mais la norme CEI TR 631161 définit une demande comme un « événement qui amène le système de contrôle de sécurité à exécuter la fonction de contrôle de sécurité ». Dans l’industrie des procédés, une demande peut également être désignée comme une mise à jour du procédé ou une déviation du procédé.

La norme CEI 61508 définit un troisième mode de fonctionnement appelé mode continu, mais les exigences sont similaires à celles du mode à forte demande.

Dans les modes à faible et à forte demande, deux choses doivent se produire pour que quelqu’un soit blessé.
1) le système de sécurité doit être défaillant, et
2) une demande doit survenir alors que le système de sécurité est en état de défaillance.

En mode continu, un incident se produit dès que le système de sécurité présente une défaillance dangereuse, car c’est le système de sécurité qui maintient la sécurité.

Si la norme IEC 61508, en tant que norme de base, doit couvrir à la fois les modes à faible et à forte demande, ce n’est pas le cas des normes sectorielles. Par exemple, la demande est élevée uniquement pour les machines et faible pour le contrôle des processus.

STO (Safe Torque Off) est une fonction de sécurité fonctionnelle intégrée au variateur qui désactive la sortie afin que le variateur ne puisse pas générer de couple dans le moteur.
Supposons que l’entrée STO1 ou STO2 ne dispose pas d’un signal d’entrée de validation de +24V. Dans ce cas, le variateur est désactivé avec un haut degré d’intégrité, où aucune défaillance d’un seul composant et seules des combinaisons improbables de défaillances de plusieurs composants pourraient entraîner sa remise en service.

SIL Classifications:Il ya quatre niveaux d’intégrité distincts SIL. SIL1, SIL2, SIL3 et SIL4, qui se différencient essentiellement par le facteur de réduction des risques (RRF) et le temps moyen de défaillance (MTTF). Par conséquent, plus la RRF et la MTTF sont élevées, plus le SIL sera élevé pour le mode de défaillance de la demande en question. Il s’agit de la probabilité de défaillance à la demande (PFD), qui est une valeur indiquant la probabilité qu’un système fonctionnel ne réponde pas à une demande (pour une conséquence particulière).

Le choix du bon variateur de fréquence (Clean Power VFD) et du bon moteur pour votre application est essentiel pour garantir des performances optimales, la longévité et la fiabilité du système.

Comprendre l’application

Avant de sélectionner un moteur et un Clean Power VFD , il est essentiel de comprendre l’environnement d’exploitation et les tâches spécifiques à effectuer. Le processus de sélection comprend :

1. Choix du moteur :

– Choisissez un moteur en fonction de la force d’entraînement de la charge et de ses cycles de mouvement.

Considérations fondamentales pour la sélection d’un VFD– Cycle de base: Démarrer> accélérer > vitesse constante> décélérer > arrêter.

2. Choix du VFD :

– Sélectionnez un Clean Power VFD capable de piloter efficacement le moteur choisi.

Considérations fondamentales pour la sélection d’un VFD

1. Courant nominal du moteur

Le premier élément à prendre en compte lors de la sélection d’un variateur de vitesse est le courant nominal du moteur.

Le variateur doit fournir un courant égal ou supérieur à l’ampérage à pleine charge (en anglais : Full Load Amp – FLA) du moteur. Cela permet au moteur de fonctionner à sa capacité maximale sans risque de sous-puissance.

Étapes à prendre en compte :

– Vérifier la plaque signalétique du moteur pour connaître son ampérage à pleine charge (FLA).

– Assurez-vous que le courant nominal permanent du VFD est égal ou supérieur à cette valeur.

2. Cycles de fonctionnement du moteur

La compréhension des cycles de fonctionnement du moteur est cruciale pour le choix d’un variateur de vitesse. Il s’agit de savoir à quelle fréquence le moteur démarre et s’arrête, et quelle est la durée de ces cycles.

Principales considérations :

– Des cycles fréquents de démarrage et d’arrêt peuvent provoquer des problèmes thermiques.

– Le variateur doit être capable de gérer le cycle de service du moteur.

3. Surcharge temporaire potentielle du moteur

Les moteurs rencontrent souvent des conditions de surcharge temporaire que le VFD doit gérer sans se déclencher.

Capacité de surcharge temporaire :

– Les VFD sont généralement conçus pour des conditions de surcharge, par exemple 110 % du courant nominal du VFD pendant 60 secondes.

– S’assurer que la capacité de surcharge du VFD correspond aux exigences de surcharge du moteur.

4. Température ambiante

La température ambiante à laquelle le VFD fonctionne affecte de manière significative ses performances et sa durée de vie. Des températures plus élevées peuvent réduire la capacité et l’efficacité du VFD.

Ajustements en température :

– Vérifiez le déclassement du VFD, qui montre comment la capacité de courant diminue avec l’augmentation de la température ambiante.

– Choisir un VFD ayant une capacité suffisante pour gérer les plages de température prévues.

5. Cycle de service (définition CEI)

Le cycle de service, tel que défini par les normes CEI, représente le temps de fonctionnement et le temps de repos du moteur.

Catégories de cycle de service :

– Fonctionnement continu (S1) : Fonctionnement à charge constante pendant une longue période.

– Service de courte durée (S2) : Fonctionnement à charge constante pendant une durée limitée.

– Service périodique intermittent (S3-S9) : Cycles de marche et d’arrêt.

Sélection du VFD :

Variateur de fréquence- Adaptez le VFD à la catégorie de cycle de travail spécifique de votre application moteur.

– S’assurer que le VFD peut gérer le profil de fonctionnement du moteur.

6. Facteur de service (définition NEMA)

Le facteur de service défini par la NEMA indique la capacité du moteur à fonctionner au-delà de sa charge nominale dans des conditions spécifiques.

Implications du facteur de service :

– Un moteur ayant un facteur de service de 1,15 peut fonctionner à 115 % de sa charge nominale sans dommage.

– Sélectionnez un VFD capable de supporter la charge nominale et le facteur de service du moteur. Cela peut se traduire par le choix d’un VFD avec une capacité de courant plus élevée.

Considérations supplémentaires pour des opérations spécifiques

1. Démarrage

– Le couple du moteur doit être supérieur au couple de démarrage de la charge.

2. Accélération

– Le couple du moteur doit être supérieur au couple de charge nécessaire à l’accélération :

– Motor torque > Load torque + Acceleration torque.

– Couple d’accélération = (inertie totale du système * (vitesse cible – vitesse de départ)) / (9,55 * temps d’accélération).

3. Décélération

– Pendant la décélération, le moteur agit comme un générateur et l’énergie retourne dans le Clean Power VFD.

– La capacité de décélération est déterminée par la capacité du Clean Power VFD à consommer ou à régénérer cette énergie.

– Assurez-vous que le temps de décélération est correctement réglé pour éviter de déclencher des alarmes ou d’entrer dans un état de verrouillage « auto-protecteur ».

4. Vitesse constante

– Vérifier que la spécification de l’élévation de température du moteur est compatible avec les cycles de mouvement et l’environnement de fonctionnement.

– Pendant l’accélération ou le fonctionnement à vitesse constante, la capacité du Clean Power VFD est limitée par le courant de pointe qu’il peut fournir au moteur.

– Assurez-vous que le courant nominal de sortie et la capacité de surcharge sont adaptés à l’application.

5. Courant nominal du Clean Power VFD

Les valeurs nominales de courant du Clean Power VFD sont fournies pour un fonctionnement normal = fonctionnement continu (S1) / Fonctionnement à charge constante pendant une longue période. Il s’agit d’une valeur efficace.

– C’est le courant nominal qui convient aux applications à couple variable où le couple diminue avec la vitesse. Capacité de surcharge : 110% du courant de sortie nominal du VFD pendant 60 secondes toutes les 10 minutes à 50°C.

6. Commande de plusieurs moteurs

Bien qu’il soit possible de piloter plusieurs moteurs avec un seul Clean Power VFD, des précautions supplémentaires sont nécessaires :

6.1. VFD Current Rating:

– Sélectionnez un VFD Clean Power dont le courant de sortie nominal est supérieur au total combiné des courants individuels du moteur.

– Le contrôle V/F doit être sélectionné pour piloter plusieurs moteurs avec un seul VFD.

6.2. Considerations for Multiple Motors:

– Pour un seul moteur : Le courant de sortie nominal du VFD doit être égal ou supérieur au courant nominal du moteur.

– Pour plusieurs moteurs : Le courant de sortie nominal du VFD doit être supérieur au total des courants nominaux des moteurs.

– Si plusieurs moteurs sont démarrés de manière séquentielle : Le courant nominal de sortie du VFD doit être supérieur au courant nominal total des moteurs démarrés plus le courant de démarrage du moteur suivant.

6.3. Thermal Protection**:

– Ajouter un relais thermique pour chaque moteur du côté de la sortie du Clean Power VFD.

– Les contacts des relais thermiques auxiliaires doivent arrêter ou désactiver le variateur.

6.4. Continuous Drive at Low Speed:

– Installer un dispositif de détection de la température sur les moteurs car ils ne peuvent pas être protégés par la fonction thermique du VFD.

7. Temps d’accélération et de décélération

Lorsque le temps d’accélération ou de décélération est limité, la sélection du Variateur de fréquence ne peut pas être entièrement basée sur l’adéquation entre la capacité de courant du VFD et le courant nominal du moteur.

Des taux d’accélération/décélération agressifs conduiront à des courants plus élevés, pouvant provoquer des défauts de surcharge ou de surintensité. La capacité du système (VFD + moteur) doit être sélectionnée pour satisfaire le temps d’accélération/décélération prédéterminé.

Veiller à ce que la capacité du Clean Power VFD soit pleinement prise en compte à l’avance pour les opérations nécessitant des accélérations/décélérations fréquentes, telles que les opérations de levage vertical.

Résumé :

1. Calculer le courant nominal requis pour le VFD :

– Commencez par le FLA du moteur.

– Ajustez en fonction du cycle d’utilisation et du facteur de service.

– Tenez compte des surcharges potentielles et de la température ambiante.

2. Faites correspondre les caractéristiques du VFD :

– Vérifiez que le VFD choisi satisfait ou dépasse toutes les exigences calculées.

– Assurez-vous que l’entraînement à fréquence variable peut supporter les conditions de fonctionnement prévues.

Exemple de calcul :

– FLA du moteur : 27 A

– Facteur de service : 1.15

– Cycle de service : S1 (Continu)

– Surcharge potentielle : 110% pendant 60 secondes

– Température ambiante : 40°C

Pas à pas :

1. Ajustez pour le facteur de service :

– Courant de fonctionnement du moteur = 27A x 1,15 = 31 A

2. Prenez en compte la capacité de surcharge :

– Courant de surcharge = 31 A x 1,1 = 34,1 A (pour des conditions temporaires)

3. Ajustement en fonction de la température :

– Vérifier le déclassement du VFD : Le Clean Power VFD n’a pas de déclassement jusqu’à 50°C.

4. Choisissez un VFD :

– Choisissez un variateur de vitesse avec un courant permanent d’au moins 34 A et assurez-vous qu’il répond aux exigences en matière de surcharge et de cycle de travail.

La vitesse du champ magnétique tournant dans le stator est appelée vitesse synchrone.
La vitesse synchrone du moteur dépend du nombre de pôles (2p) du moteur et de la fréquence du réseau (f) en Hertz (Hz).

Formule de calcul de la vitesse d’un moteur CA :
Vitesse synchrone (tr/min) = 120 x fréquence / nombre de pôles
Par exemple, la vitesse d’un moteur à 4 pôles fonctionnant à 60 Hz serait :
120 x 60 / 4 = 7200 / 4 = 1800 RPM

Vitesses synchrones du nombre de pôles le plus courant à 50Hz et 60Hz :

La vitesse réelle à pleine charge (la vitesse à laquelle un moteur à induction fonctionnera à la charge nominale indiquée sur la plaque signalétique) sera inférieure à la vitesse synchrone. La différence entre la vitesse synchrone et la vitesse à pleine charge est appelée glissement.
Le glissement est exprimé en tr/min, ou en fraction de la vitesse synchrone, ou en pourcentage de la vitesse synchrone.
Glissement (tr/min) = Vitesse synchrone – Vitesse du moteur, habituellement nous écrivons S = ns – n

S(%) = (ns – n) x 100 / ns

Par conséquent, pour un glissement donné (%), la vitesse du moteur est la suivante :

n = ns x ( 1- S (%) / 100)

Considérons ce qui suit : Quel est le glissement d’un moteur à 6 pôles lorsque la vitesse est de 960 tr/min pour f = 50Hz ?
S(%) = (1000-960) / 1000 = 4%

Lorsque le moteur tourne à une vitesse différente de la vitesse synchrone, l’enroulement du rotor « coupe » les lignes de force magnétiques du champ et, conformément aux lois de l’électromagnétisme, des courants induits circulent dans l’enroulement du rotor.
Plus la charge est lourde, plus le couple nécessaire pour la déplacer est élevé.
Pour obtenir un couple plus élevé, la différence de vitesse doit être plus importante afin que le courant induit et le champ généré soient plus élevés. Par conséquent, lorsque la charge augmente, la vitesse du moteur diminue. Lorsque la charge est nulle (moteur à vide), le rotor tourne pratiquement à sa vitesse de synchronisation.

Pour déplacer une charge, un moteur doit fournir un couple qui surmonte les obstacles suivants le couple de la charge. Ce couple de la charge se compose du frottement, de l’inertie des pièces mobiles et de la charge elle-même.
La charge et son couple dépendent de l’application. Il peut s’agir du poids d’une masse dans une application de levage, de la pression de l’air dans une application HVAC, de la propreté des filtres et des tuyaux dans les applications de pompage …
Selon l’application, le moteur doit être défini en fonction du couple de charge et de la vitesse requise.
Même si c’est évident, il est bon de rappeler que le moteur doit être choisi avant le variateur !

La courbe couple/vitesse d’un moteur doit être calculée pour chaque type de moteur séparément. Une courbe typique couple/vitesse est illustrée dans le graphique ci-dessous :

Couple rotor bloqué
Le couple produit par le moteur lorsqu’il est alimenté à pleine tension et que l’axe est bloqué.
est appelé couple de rotor bloqué. Cette valeur est aussi souvent appelée « couple de démarrage ». C’est
la quantité de couple disponible lorsque la puissance est appliquée pour décoller la charge (vaincre la résistance initiale de la charge) et commencer à l’accélérer jusqu’à ce qu’elle atteigne sa
vitesse.

Couple de démarrage
Le point le plus bas de la courbe couple-vitesse d’un moteur qui accélère une charge jusqu’à sa vitesse maximale est appelé
couple de démarrage.

Couple de décrochage (ou couple maximal)
Il s’agit de la quantité maximale de couple disponible sur l’arbre du moteur lorsque le moteur fonctionne à pleine tension et à pleine vitesse. La charge est ensuite augmentée jusqu’à ce que le point maximum soit atteint.

Couple à pleine charge
Le couple à pleine charge est le couple nominal continu que le moteur peut supporter sans surchauffe.

Le couple de charge maximal est atteint juste en dessous de la vitesse nominale.

Couple constant:définit une charge pour laquelle la quantité de couple nécessaire pour entraîner la machine reste constante quelle que soit la vitesse à laquelle elle est entraînée. Les types de charges à couple constant sont les suivants

• convoyeurs
• grues
• compresseurs
• broyeurs, concasseurs

• mixeurs

Couple variable:nécessite un faible couple à faible vitesse et un couple croissant à mesure que la vitesse augmente. Les charges à couple variable représentent un pourcentage important des applications des moteurs. Les types de charges à couple variable comprennent

• Ventilateurs
• Soufleurs
• CTA (unité de traitement de l’air)

• Refroidisseurs
• La plupart des pompes à eau (irrigation, fond de puits, submersibles…)
• Pompes centrifuges (souvent utilisées dans le traitement des eaux usées)

Les ventilateurs et les souffleurs déplacent principalement de l’air. Les pompes centrifuges, cependant, peuvent déplacer différents types de fluides tels que l’huile, les liquides de refroidissement, l’eau, etc.