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L’objectif de cette page est de partager les connaissances et le vocabulaire relatifs aux moteurs et à l’entraînement.

Table des matières

Pourquoi un entraînement à fréquence variable ?

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.

Liste alphabétique des connaissances

Bypass

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.

La dérivation est souvent contrôlée par un circuit logique câblé qui s’appuie soit sur le relais de sortie d’alarme de l’entraînement à fréquence variable, soit sur une opération manuelle de dérivation forcée.

Taille des conducteurs - Métrique vs AWG

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.

AWG
valeur

Diamétre
(pouce)

Diamétre
(pouce)

Transversale
section
(mm2)

Cuivre
résistance
(ohm/km)

Système métrique commun
équivalent
(mm2)

6

0.1620

4.115

13.3

1.296

7

0.1443

3.665

10.5

1.634

8

0.1285

3.264

8.37

2.061

9

0.1144

2.906

6.63

2.599

6.0

10

0.1019

2.588

5.26

3.277

11

0.0907

2.305

4.17

4.132

4.0

12

0.0808

2.053

3.31

5.211

13

0.0720

1.828

2.62

6.571

2.5

14

0.0641

1.628

2.08

8.286

15

0.0571

1.450

1.65

10.45

1.5

16

0.0508

1.291

1.31

13.17

17

0.0453

1.150

1.04

16.61

1

18

0.0403

1.024

0.823

20.95

0.75

19

0.0359

0.912

0.653

26.42

20

0.0320

0.812

0.518

33.31

0.5

Décélération

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.

Déclassement

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 s’aggrave 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.

Connexion logique des entrées numériques

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.

Figure 1: Logique de connexion Sink avec alimentation externe

Figure 2: Logique de connexion Sink utilisant l’alimentation interne

Figure 3: Logique de connexion source

Efficacité

Pour avoir une compréhension précise 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’entréePin, 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.

Efficacité VS Perte

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 Ploss=Pinput-Poutput

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.

Compatibilité électromagnétique (CEM)

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.

Quatre Quadrants

Pour répondre à certaines exigences d’application, il peut être nécessaire de faire fonctionner le moteur à la fois dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. En outre, en fonction de l’application et de la charge, il peut être nécessaire d’inverser le sens du couple. Il en résulte quatre combinaisons possibles, appelées les quatre quadrants.

Quadrant 1

Le moteur tourne dans le sens des aiguilles d’une montre et le couple est dans le même sens que la vitesse. Il s’agit d’une accélération.

Quadrant 2

Le moteur tourne dans le sens des aiguilles d’une montre et le couple est en sens inverse. C’est la décélération.

Quadrant 3

Le moteur tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et le couple est dans le même sens que la vitesse. Il s’agit d’une accélération.

Quadrant 4

Le moteur tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et le couple est dans la direction opposée. C’est la décélération.

Il existe plusieurs diagrammes de couple et de vitesse sur le web pour illustrer les 4 quadrants.

Fusibles

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.

Mise à la terre et liaison

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.

Courant d'entrée vs courant de sortie

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.

Saut de Fréquence

Afin d’ éviter les résonances dans les machines ou les équipements, il est important d’éviter la fréquence naturelle du système mécanique. La fonction de saut de fréquence permet de spécifier une bande morte à une fréquence particulière.fréquence Cette fonction permet de définir plusieurs sauts de fréquence de manière indépendants, généralement à l’aide de paramètres tels que la valeur de la fréquence de saut et la largeur de la fréquence de saut. Lorsque la valeur de consigne de la fréquence est introduite au niveau ou à proximité de la largeur de la fréquence de saut, elle est ajustée automatiquement par le variateur. Le moteur est alors accéléré ou décéléré en douceur jusqu’à ce que la valeur de consigne de la fréquence se situe en dehors de la plage de la fréquence de saut.

Courant rotor bloqué

Le courant 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 xCourant de démarrage 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 à courant alternatif.

NEMA
Lettre code

KVA/HP
avec rotor bloqué

A

0-3.14

B

3.15-3.55

C

3.55-3.99

D

4.0-4.49

E

4.5-4.99

F

5.0-5.59

G

5.6-6.29

H

6.3-7.09

J

7.1-7.99

K

8.0-8.99

L

9.0-9.99

M

10.0-11.19

N

11.2-12.49

P

12.5-13.99

R

14.0-15.99

S

16.0-17.99

T

18.0-19.99

U

20.0-22.39

V

22.4-et plus

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

Moteurs

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.

Normal Duty - Heavy Duty

Les applications à couple constant, telles que les extrudeuses, les convoyeurs, les équipements de levage, les compresseurs ou les concasseurs, requièrent généralement un variateur de vitesse pour service intensif (Heavy Duty). Ces applications nécessitent une tolérance de surcharge élevée avec un couple de charge constant.

Dans les applications à couple variable, qui comprennent les ventilateurs et les pompes centrifuges, un variateur de vitesse pour service normal (normal duty) suffit.
Pour ces applications dans lesquelles les exigences de couple diminuent avec la vitesse, une tolérance de surcharge élevée n’est pas nécessaire.

Les variateurs dotés d’un indice de robustesse élevé ont une capacité de surcharge de 150 % du courant nominal pendant une minute et peuvent fonctionner à 100 % du courant en continu. Les variateurs pour service normal sont suffisamment robustes pour les ventilateurs et les pompes puisqu’ils ont une capacité de surcharge de 110 % pendant une minute et peuvent également fonctionner à 100 % de courant en continu.

La plupart des entraînements sont conçus pour un usage normal et un usage intensif. Bien entendu, les capacités en courant varient.
Par exemple, un variateur de fréquence capable de faire fonctionner un moteur de 20 HP en service normal doit également être capable de faire fonctionner un moteur de 15 HP en service intensif.

During setting, the user has to select normal to Heavy-Duty. Le VFD se déclenchera alors en cas de surcharge et la durée sera adaptée en conséquence.

Sécurité

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.

Désactivation sûre du couple

STO (Safe Torque Off) est une fonction de sécurité fonctionnelle intégrée au variateur, qui permet de désactiver la sortie afin que le variateur ne puisse pas générer de couple dans le moteur.
Si l’entrée STO1 ou STO2 n’a pas de signal d’entrée de déverrouillage +24V, le variateur est désactivé avec un haut degré d’intégrité, où aucune défaillance d’un seul composant, et seulement des combinaisons très improbables de défaillances de plusieurs composants, ne peuvent entraîner son déverrouillage.

SIL

SIL est l’acronyme pour “Safety Integrity Level”

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).

Sink et Source

Le sourcing et le sinking sont deux termes qui décrivent comment le courant circule entre les dispositifs d’entrée et de sortie d’un système de contrôle et leur alimentation électrique. Ce concept suit la théorie électrique de base, qui stipule que pour qu’un circuit électrique soit complet, le courant conventionnel doit circuler de la borne DC+ à travers une charge jusqu’à la borne DC-. Par conséquent, **le sourcing et le sinking** s’appliquent uniquement aux circuits d’entrée et de sortie en courant continu (DC).

Certaines personnes peuvent trouver le concept de **sourcing et de sinking** déroutant, mais en réalité, il est assez simple. Les circuits logiques de **sourcing et de sinking** sont principalement liés aux signaux d’entrée et de sortie (I/O) numériques des variateurs de fréquence (VFD). Un circuit logique est un circuit d’entrée/sortie électrique où la **sortie dépend de l’entrée**. Le type de composants et la direction du courant définissent de tels circuits. Un circuit logique simple peut avoir une **sortie binaire (ON/OFF)** unique et une ou plusieurs **entrées binaires**. Il peut inclure **n’importe quel dispositif électrique ou électronique binaire**, comme des boutons-poussoirs, des interrupteurs, des transistors, des diodes à semi-conducteurs et des relais.

En d’autres termes, le concept de sourcing et de sinking dans les E/S numériques des variateurs de fréquence (VFD) consiste à déterminer la direction du courant conventionnel dans un circuit logique entre deux dispositifs.

Observez l’illustration suivante :

Dans la figure ci-dessus, le courant électrique circule de l’appareil A à l’appareil B. Ainsi, l’appareil A est le dispositif de sourcing car il envoie du courant à l’appareil B, qui le reçoit ensuite. L’appareil B est le dispositif de sinking.

Lorsque le courant circule de l’appareil B à l’appareil A, comme illustré ci-dessous, l’appareil B est le dispositif de sourcing et l’appareil A est le dispositif de sinking. La raison est que l’appareil B envoie du courant à l’appareil A, qui le reçoit ensuite.

Remarque : Dans chaque circuit en courant continu où le courant circule entre deux dispositifs, l’un des dispositifs sera le dispositif de sourcing et l’autre sera le dispositif de sinking.

Dans les variateurs de fréquence (VFD), une entrée numérique détectera l’un des états binaires possibles d’un dispositif d’entrée discret, tels que fermé ou ouvert ; alimenté ou non alimenté ; activé ou désactivé ; haut ou bas. En fonction du type d’entrée numérique utilisé dans le système VFD et de la manière dont il est connecté au dispositif d’entrée, le courant continu circulera soit vers l’entrée, soit à partir de celle-ci. C’est ici que les termes de sourcing et de sinking entrent en jeu.

En connexion de type sourcing, le variateur de fréquence (VFD) accepte les dispositifs d’entrée discrets qui fournissent le courant… et le VFD absorbe le courant.

En connexion de type sinking, le système VFD fournit une source de courant et une connexion à la masse pour le dispositif d’entrée externe.

Faisons une analogie. Imaginez que vous ayez une pompe à eau qui peut être allumée ou éteinte par une vanne. Dans ce scénario, la pompe à eau représente le dispositif de sortie et la vanne agit comme le dispositif d’entrée. Voyons comment les concepts de sourcing et de sinking s’appliquent à ce système :

  1. Sourcing (Source Logic):

    • Si la vanne est le dispositif d’alimentation, elle fournit le courant (débit d’eau) à la pompe à eau.
    • La pompe à eau agit comme le dispositif « consommateur », recevant le flux d’eau de la vanne.
    • Dans ce cas, la vanne est comme un robinet qui alimente la pompe en eau lorsqu’il est ouvert.
  1. Sinking (Sink Logic):

    • Inversement, si la pompe à eau est le dispositif d’approvisionnement, elle fournit de l’eau à la vanne.
    • La vanne devient le dispositif consommateur permettant à l’eau de s’écouler de la pompe.
    • La pompe crée un effet de pression, poussant l’eau vers la vanne lorsqu’elle est activée.

La raison pour laquelle les notions de « sinking » et de « sourcing » existent est que les exigences en matière de câblage varient d’un appareil à l’autre. Certains appareils doivent être alimentés en tension, tandis que d’autres doivent être mis à la terre. En utilisant des entrées numériques de type « sinking » ou « sourcing », vous pouvez faire correspondre le VFD avec l’appareil externe et assurer un flux de courant approprié.

Choisir un variateur de fréquence

Les variateurs sont des appareils caractérisés par leur courant de sortie et doivent être dimensionnés en fonction du courant de pleine charge et de la tension nominale du moteur qu’ils font tourner, et non en fonction de la puissance.
En général, il est recommandé de ne pas utiliser le facteur de service du moteur lors du dimensionnement du courant de pleine charge du variateur en fonction de la plaque signalétique du moteur.
Ce qu’il faut vérifier :

  1. Ampères du moteur à pleine charge (le FLA tel qu’il est indiqué sur la plaque signalétique du moteur)
  1. Température ambiante de l’installation. Éviter le déclassement en température en veillant à ce que la température ambiante du VFD ne dépasse pas 40 °C au moyen d’un refroidissement par air contrôlé.
  1. Altitude (utiliser un déclassement de 1% tous les 100m, noter qu’à haute altitude, la température ne dépasse jamais 25ºC, vous pouvez donc avoir une capacité supplémentaire en ampères).

Vitesse

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 de la ligne (f) en Hertz (Hz).

Formule de calcul de la vitesse d’un moteur CA : Vitesse synchrone (RPM) = 120 x Fréquence / Nombre de pôles
Par exemple, la vitesse d’un moteur quadripolaire fonctionnant à 60 Hz est la suivante :
120 x 60 / 4 = 7200 / 4 = 1800 RPM

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

Nombre de poles

Vitesse de synchronisme

50 Hz

60 Hz

2

3000

3600

4

1500

1800

6

1000

1200

8

750

900

10

600

720

Ratio de gamme de vitesse (ou rapport de vitesse ou gamme de vitesse)

Le ratio de vitesse d’un VFD est une indication de la vitesse la pus lente à laquelle il peut faire tourner le moteur.

Exemple : la vitesse en tours par minute (RPM) d’un moteur quadripolaire de 60 Hz est de 1800 RPM. Si la plage de vitesse du VFD est de 1:1000, le VFD peut faire tourner le moteur aussi lentement que 1,8 RPM (1800/1000 = 1,8) sans surchauffe. Si la plage de vitesse est de 1:100, elle est de 18 tr/min et de 90 tr/min pour 1:20.

Plus le rapport de la gamme de vitesse est élevé, plus le moteur peut fonctionner lentement et en toute sécurité sans surchauffe.

Glissement

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.

Couple et mouvement

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 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.

Lexique

Vocabulaire extraordinaire du monde des lecteurs SmartD.

Quoi Catégories/étiquettes
Temps d'accélération Temps moteur Temps nécessaire pour atteindre la vitesse nominale du moteur (fréquence), à partir de la vitesse 0.
AFD Variateur de vitesse Acronyme anglais pour "Adjustable Frequency Drive". L'un des nombreux noms de l'appareil
AFE Variateur de vitesse Active Front-End. Un variateur de vitesse avec AFE comporte deux sections d'onduleur : un redresseur actif et un convertisseur. 2 bénéfices clés:
- réduit les harmoniques
- peut renvoyer l'énergie à la source sans ajouter d'équipement supplémentaire tel qu'une résistance de freinage.
CTA HVAC (CVC) Centrale de traitement d'air
ASD Variateur de vitesse Variateur de vitesse L'un des nombreux noms de l'appareil
AWG Drive Motor American Wire Gauge. L'AWG a été normalisé en 1857 et est utilisé principalement aux États-Unis pour les diamètres des fils électriques ronds, solides et non ferreux.
BACnet réseau pour HVAC (CVC) Protocole ouvert et normalisé qui permet aux systèmes d'automatisation des bâtiments, ou aux sous-systèmes, de différents fabricants de partager des informations et des fonctions de contrôle. Ce protocole est défini par la norme 135 de l'ANSI/ASHRAE et est régi par un comité de l'ASHRAE (www.bacnet.org).
BLE VFD Communication Bluetooth Low Energy. Technologie de réseau sans fil. Par rapport à la technologie Bluetooth classique, la technologie Bluetooth Low Energy doit permettre de réduire considérablement sa consommation d'énergie.
Soufleur HVAC (CVC) Semblable à un ventilateur, utilisé pour pousser l'air.
Chaudière HVAC (CVC) Dispositif permettant de chauffer de l'eau ou de produire de la vapeur au-dessus de la pression atmosphérique.
BTU HVAC (CVC) British Thermal Unit, un BTU est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'une livre d'eau d'un degré Fahrenheit. 1 BTU équivaut à 1 055 joules. En termes de chauffage et de refroidissement, 1 tonne équivaut à 12 000 BTU.
décélération en roue libre Drive Motor Cesser d'alimenter le moteur et le laisser s'arrêter de lui-même.
Compresseur centrifuge HVAC (CVC) Compresseur utilisant la force centrifuge pour la compression.
NO contact Relais contact inverseur Également appelé SPDT-NO (Simple pole double throw). Pour un relais, les noms des contacts et leur schéma se réfèrent à la bobine hors tension.
Compresseur à piston HVAC (CVC) Compresseur qui utilise un mécanisme de piston-cylindre pour assurer l'action de pompage.
Temps de décélération Motor Drive Temps nécessaire pour atteindre la vitesse 0 lors de la décélération à partir de la vitesse nominale du moteur (fréquence).
Filtre dv/dt Le filtre dv/dt supprime les pics de tension de sortie du variateur de vitesse et les variations rapides de tension qui sollicitent l'isolation du moteur. En outre, le filtrage dv/dt réduit les courants de fuite capacitifs et les émissions à haute fréquence du câble du moteur, ainsi que les pertes à haute fréquence et les courants de roulement dans le moteur.
E / E / EP Variateur de vitesse Acronyme pour électrique et/ou électronique et/ou électronique programmable. Systèmes liés à la sécurité qui sont utilisés pour exécuter des fonctions de sécurité.
CEM Motor Drive CEM signifie compatibilité électromagnétique. Il s'agit de la capacité des équipements électriques/électroniques à fonctionner sans problème dans un environnement électromagnétique. De même, l'équipement ne doit pas perturber ou interférer avec tout autre produit ou système dans son environement. Il s'agit d'une obligation légale pour tous les équipements mis en service dans l'UE.
EST Motor Drive Equipement Sous test Acronyme fréquemment utilisé pour désigner le produit/équipement testé.
Réglage usine Produit Paramètres lorsque le produit est expédié par le fabricant.
Défaut Alarme La défaillance est un état de fonctionnement. Si les fonctions de surveillance détectent une erreur, une transition vers cet état de fonctionnement est déclenchée, en fonction de la classe d'erreur. Une "réinitialisation de défaut" ou une "réinitialisation d'alarme" est nécessaire pour quitter cet état de fonctionnement une fois que la cause de l'erreur détectée a été supprimée. De plus amples informations sont disponibles dans les normes telles que la norme IEC 61800-7.
Réinitialisation des défauts Alarme Fonction utilisée pour rétablir l'état opérationnel du variateur après l'élimination d'une erreur détectée en supprimant la cause de l'erreur de manière à ce qu'elle ne soit plus active.
FLA / FLC Moteur Full Load Amps / Full Load Current. Ampères à pleine charge / Courant à pleine charge. La quantité de courant que le moteur est censé absorber dans des conditions de pleine charge (couple). Elle est inscrite sur la plaque signalétique du moteur.
Harmoniques Variateur de vitesse Les courants harmoniques sont créés par des charges non linéaires connectées au système de distribution d'électricité. La distorsion harmonique est une pollution dans l'installation électrique qui peut causer des problèmes si la tension causée par les courants harmoniques augmente au-delà de certaines limites.
HVAC/R (CVC/R) HVAC (CVC) Chauffage, Ventilation, Climatisation, et Refrigeration.
Code IP Motor Drive Degrés de protection offerts par les boîtiers.
IPM Moteur IPM signifie "Interior Permanent Magnet" en anglais Les moteurs IPM sont des moteurs synchrones dont les rotors sont équipés d'aimants permanents puissants.
marche par à-coups Motor Drive Fonction utilisée pour faire tourner le moteur pendant une courte période. Comme le déplacement d'un tapis roulant. Une commande de "jogging" est essentiellement une "impulsion" d'énergie. Une montée et une descente très rapides de la tension et/ou du courant sont commandées dans l'idée de générer un couple suffisant pour surmonter les frottements statiques et déplacer le rotor d'une fraction arbitraire de tour.
Saut de Fréquence Motor Drive Fréquence de sortie inhibée dans une zone de fréquence spécifiée pour éviter la fréquence de résonance d'une machine.
Courant rotor bloqué Moteur La quantité de courant que le moteur est censé absorber dans les conditions de démarrage lorsque la tension maximale est appliquée. Aussi appelé courant d'appel au démarrage.
MTTFd Motor Drive Safety "MTTFd" est l'acronyme de "Mean Time To Dangerous Failure" en anglais. . En français, cela peut être traduit par "Temps Moyen Jusqu'à Défaillance Dangereuse". Cependant, dans de nombreux contextes techniques et industriels, l'acronyme "MTTFd" est couramment utilisé tel quel, même en français.
Contact NF Relais Contact normalement fermé. aussi appelé contact à ouverture ou SPST-NC (Simple pole simple throw) Pour un relais, les noms des contacts et leur schéma se réfèrent à la bobine hors tension.
Contact NO Relais Contact normalement ouvert. aussi appelé contact à fermeture. ou SPST-NO (Simple pole simple throw) Pour un relais, les noms des contacts et leur schéma se réfèrent à la bobine hors tension.
Tension de sortie Variateur de vitesse La tension entre les bornes de sortie du VFD.
fonctionnement en survitesse Drive Motor Lorsque la charge se déplace plus rapidement que la vitesse du moteur.
PE Drive Motor Protective earthing en anglais, peut être traduit en français par Terre de Protection. Mise à la terre d'un point d'un système ou d'un équipement pour la protection contre les chocs électriques en cas de défaut.
PFD Sécurité Probability of dangerous failure on demand en anglais, peut être traduit par probabilité de défaillance dangereuse sur demande d'activation de la fonction de sécurité (IEC61508).
PFH Sécurité Average frequency of a dangerous failure (EN/IEC61800-5-2) en anglai, peut être traduit par fréquence moyenne d'une défaillance dangereuse (EN/IEC61800-5-2).
PMSM Moteur Le terme "PMSM" est l'acronyme de "Permanent Magnet Synchronous Motor" en anglais. En français, cela se traduit par "Moteur Synchrone à Aimants Permanents"
Puissance Drive Motor Relation entre les unités de puissance.
P (kW) = 0.7457 . P (HP)
P (HP) = 1.341 P (kW)
PSCC or SCCR Variateur de vitesse Prospective short-circuit current or Short-Circuit Current Rating en Anglais. En français, peut être traduit par Capacité de courant de Court-Circuit Courant qui circule lorsque le conducteur d'alimentation du circuit est court-circuité par un conducteur d'impédance négligeable situé le plus près possible des bornes d'alimentation.
PTC Motor Protection Positive Temperature Coefficient en anglais. Peut être traduit en français par coefficient de température positif. Sondes à thermistance PTC intégrées au moteur pour mesurer sa température.
Couple nominal Moteur Couple nominal en N.m=9550 x (puissance nominale du moteur en kW / vitesse nominale du moteur en RPM).
Remarque : le couple nominal du moteur n'est pas un couple généré par le moteur. Il s'agit d'un couple de charge admissible en fonctionnement continu à la vitesse nominale du moteur.
La vitesse nominale du moteur dépend de la fréquence et du nombre de pôles du moteur.
Marche arrière Moteur Il est facile d'inverser le sens de rotation à l'aide d'un variateur. Le variateur peut assurer une fonction d'inversion que les démarreurs directs ne peuvent pas assurer : une rampe de décélération suivie d'une rampe d'accélération linéaire ou en forme de courbe en S.
Creux de tension Alimentation Electrique Un creux de tension est une brève diminution de la tension jusqu'à 90-10% de l'amplitude de la tension moyenne (RMS). La durée va de 1/2 cycle à environ 500 ms. (Une durée supérieure à 1 minute est définie comme une sous-tension). Pour les VFD, l'immunité aux variations de tension et les tests correspondants sont décrits dans les normes IEC61000-4-34 (plus de 16A) et 61000-4-11 (moins de 16A). SEMI F47-0706 (Semiconductor Equipment and Materials institute) est également une référence pour l'immunité aux variations de tension.
Facteur de service Moteur Le facteur de service est un multiplicateur qui indique la quantité de surcharge qu'un moteur peut supporter. Par exemple, un moteur ayant un facteur de service de 1 ne peut pas supporter une puissance supérieure à celle de sa plaque signalétique sur une base continue. De même, un moteur ayant un facteur de service de 1,15 peut supporter en toute sécurité des charges intermittentes dépassant de 15 % sa puissance nominale.
SFFDrive Safety Safe failure fraction en anglais, peut être traduit en français par Fraction de défaillance sûre (%) (IEC61508). Le rapport entre le taux moyen de défaillances sûres plus les défaillances dangereuses détectées du sous-système et le taux moyen total de défaillance du sous-système.
SIL Sécurité SIL est l'acronyme anglais de Safety integrity level, peut être traduit en français par Niveau d'Intégrité de Sécurité
Filtre sinusoidal Drive Motor Le filtre sinusoïdal fournit une véritable forme d'onde de tension sinusoïdale à la sortie du variateur en supprimant les composantes de tension à haute fréquence de la sortie du variateur. La suppression des composantes de tension à haute fréquence est nécessaire lorsque des câbles de moteur extra-longs sont utilisés.
Personne qualifiée Sécurité Personne ayant reçu une éducation, une formation et/ou une expérience technique pertinente lui permettant de percevoir les risques et d'éviter les dangers survenant lors de l'utilisation d'un produit.
Glissement Moteur Dans un moteur à induction à courant alternatif, le rotor tourne toujours un peu plus lentement que le champ magnétique rotatif afin de générer un couple. Cette différence de vitesse est appelée glissement.
Bloqué, calé Moteur État dans lequel le rotor au stator du moteur ne peut pas suivre le champ magnétique tournant parce que la charge appliquée au moteur est trop importante ou que l'accélération ou la décélération est trop rapide. Le moteur perd de la vitesse.
STO Motor Protection Safe Torque Off : aucune puissance susceptible de provoquer un couple ou une force n'est fournie au moteur.
Renforcement du couple Couple de démarrage du moteur Fonction du variateur pour démarrer une charge à forte inertie. Cette fonction permet au moteur d'appliquer un couple élevé au début de l'accélération. La méthode habituelle et la plus simple consiste à augmenter la tension à basse fréquence pour produire un couple adéquat => augmenter le rapport V/F pour la basse fréquence. Il s'agit d'un réglage automatique ou manuel. C'est ce que l'on appelle aussi la compensation du couple.
V/F contrôle Motor Contrôle V/F est une méthode de contrôle d'un moteur dans laquelle la tension et la fréquence sont dans une relation proportionnelle. Par conséquent, un courant spécifique est fourni au moteur pour produire un couple spécifique.
VFD Variateur de vitesse Variateur de Fréquence Un des nombreux noms de l'appareil.
VSD Variateur de vitesse Variable Speed Drive en Anglais, variateur de fréquence Un des nombreux noms de l'appareil.

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