Un convertisseur de fréquence est un système électronique qui permet de réguler en douceur la vitesse de rotation des moteurs triphasés à courant alternatif en modifiant la fréquence de la tension d'alimentation. De nombreuses années se sont écoulées depuis l'apparition des premiers convertisseurs à thyristors. Au fil du temps, leur conception a évolué, mais leur principe de fonctionnement est resté inchangé.
L'évolution de la conception des convertisseurs de fréquence est principalement dictée par la croissance continue de l'automatisation dans l'industrie. Les processus de production sont constamment améliorés et des efforts sont déployés pour atteindre une efficacité, une fiabilité et une qualité optimales des appareils. La miniaturisation progressive, le développement des systèmes à semi-conducteurs et l'utilisation croissante des convertisseurs de fréquence permettent de les retrouver dans presque tous les secteurs industriels. Nous connaissons tous le concept de convertisseur. Nous savons aussi l'utiliser plus ou moins, mais le critère fondamental qui détermine le bon fonctionnement du système d'entraînement est le choix du convertisseur de fréquence approprié.
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Étape 1 – Quelle est la nature de la charge sur le moteur électrique ?
Il est essentiel de déterminer la caractéristique de couple (couple - force générée sur l'arbre du moteur) en fonction de la vitesse pour une machine donnée. On distingue généralement deux types de charges : à couple variable et à couple constant. Il est nécessaire de déterminer laquelle des deux caractéristiques de charge est la plus courante dans un cas donné. Les charges à couple variable sont celles dont la caractéristique de couple varie en fonction de la vitesse. Ces charges incluent les entraînements de pompes et de ventilateurs, dont la caractéristique de couple est au carré de la vitesse (M~1/ f² ). Lorsque la vitesse des pompes centrifuges et des ventilateurs augmente, la puissance consommée sur le réseau augmente à la puissance trois. Par conséquent, les économies d'énergie les plus importantes peuvent être réalisées en régulant la vitesse de la pompe ou du ventilateur.
En fonctionnement normal, la vitesse des pompes et des ventilateurs est régulée entre 50 et 90 % de la vitesse nominale. La charge augmente au carré de la vitesse et se situe entre 30 et 80 %. De ce fait, les pompes et les ventilateurs sont généralement sous-chargés et des convertisseurs peuvent être sélectionnés pour ces derniers selon ce que l'on appelle la double puissance nominale. Un exemple de l'offre ANIRO : Convertisseur série IS7 Un moteur d'une puissance de 0,75 kW peut être utilisé pour une pompe ou un ventilateur d'une puissance de 1,5 kW. La sélection doit se faire par une série de modèles inférieure à celle indiquée sur la plaque signalétique du moteur. Pour les charges à couple variable, une surcharge ne dépassant pas 120 % de la tension nominale pendant 60 secondes (sous-charge) est généralement requise.
Les charges à couple constant sont celles pour lesquelles la valeur du couple reste constante dans le temps. Si la charge du moteur est constante, celui-ci doit être capable de générer un couple supérieur au couple de charge. Le couple excédentaire est utilisé pour assurer l'accélération appropriée de l'arbre moteur. Le convertisseur pour une telle charge doit pouvoir générer 60 % du couple excédentaire par rapport à la charge, ce qui permet un contrôle libre lors de variations brusques de charge. La capacité de surcharge du convertisseur pour de telles charges est généralement de 150 % In pendant 60 secondes. Les charges à couple constant incluent : les convoyeurs à bande longue, les déchiqueteuses, les laminoirs, les broyeurs, les mélangeurs, les concasseurs, etc. Les charges à couple constant sont plus exigeantes et, contrairement aux charges à couple variable, un convertisseur de série supérieure est souvent choisi. Contrairement à ce qui est indiqué sur la plaque signalétique du moteur.
Une fois les caractéristiques de charge connues, passez à l’étape numéro deux : la plaque signalétique du moteur.
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Étape 2 – grandeurs électriques décrivant le moteur ?
Un facteur crucial lors du choix d'un convertisseur est les caractéristiques électriques du moteur entraîné. Comparez toujours les données du convertisseur avec celles de la plaque signalétique du moteur. Le convertisseur doit être sélectionné en fonction du courant nominal du moteur (et non de sa puissance) ou de sa puissance apparente absorbée (et non de sa puissance active). Quels paramètres faut-il prendre en compte ? Tout d'abord, nous vérifions le courant nominal du moteur et sa tension d'alimentation. Les moteurs sont généralement fabriqués de manière à ce que l'utilisateur ait le choix entre deux normes d'alimentation, selon les connexions internes du stator (connexion étoile et triangle). Ainsi, les moteurs jusqu'à une puissance d'environ 4 kW sont fabriqués de manière à fonctionner sous une tension de 3 x 230 VAC en connexion triangle, et de 3 x 400 VAC en connexion étoile. À ce stade, l'utilisateur doit décider du mode de raccordement du moteur. Cela détermine le type de convertisseur à utiliser (monophasé ou triphasé). Après ce processus, nous connaissons déjà la nature de la charge dont nous disposons et nous disposons de données sur la tension du moteur et son courant nominal.
Étape 3 – Quelle est/devrait être la dynamique du système (démarrage et arrêt) ?
Nous devons répondre à la question suivante : notre application d'entraînement requiert-elle une dynamique très élevée ? Un freinage moteur contrôlé, fréquent et soudain, est-il nécessaire ? Nous devons également vérifier si un changement brusque de vitesse est nécessaire sous forte charge ? Fonctionne-t-il avec une forte inertie ? Si oui, notre convertisseur de fréquence Le convertisseur doit être équipé de systèmes de freinage ou de récupération appropriés. Dans les applications où les freinages sont très fréquents, il est conseillé d'utiliser un convertisseur avec possibilité de régénération, c'est-à-dire de retour d'énergie électrique vers le réseau. Lors du freinage, le moteur devient générateur et l'énergie est renvoyée au convertisseur de fréquence. Il est nécessaire de recevoir cette énergie via un module de freinage et une résistance de freinage, ou de la transmettre au réseau électrique. Il convient de déterminer à ce stade si le convertisseur doit être équipé d'un module de freinage et d'une résistance, ou d'un module de récupération. Généralement, dans les applications nécessitant un arrêt rapide et contrôlé, ou avec des inerties importantes (ventilateur à grandes pales), il est nécessaire d'utiliser un système d'assistance au freinage approprié.
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Étape 4 – Lieu d’installation, conditions environnementales ?
Après avoir mené des recherches approfondies sur notre application et notre moteur, il était temps de réfléchir au lieu d'installation. Ce point est crucial pour plusieurs raisons : quel doit être l'indice de protection IP de l'appareil ? Est-il exposé à l'humidité ? À la poussière ? Aux vibrations ? Quelle est la température ambiante ? Le lieu d'installation est-il un environnement industriel ou résidentiel ?
Dans l'industrie agroalimentaire, l'indice IP 66 est requis en raison du lavage fréquent des appareils après la production. Si l'appareil doit être installé dans une armoire de commande déjà dotée d'un indice IP approprié, il n'est pas nécessaire de surcoûter pour une protection accrue du boîtier. Un indice IP20 standard suffit. Selon le lieu d'installation, notre convertisseur doit également être équipé d'un filtre CEM de classe appropriée. Pour un environnement résidentiel, les restrictions sont plus strictes et le filtre doit être de classe C2. Pour un environnement industriel, il est recommandé d'opter pour un filtre CEM de classe C3. Il est préférable d'acheter des convertisseurs avec filtre CEM intégré et self dans le circuit CC. Cela garantit une production d'interférences réduite, une distorsion de courant plus faible et un meilleur facteur de puissance.
Étape 5 – Accessoires nécessaires, filtres, selfs, cartes d’options, communication ?
À la toute fin, vous devriez vous interroger sur les accessoires supplémentaires nécessaires, tels que : selfs d'entrée/sortie , nombreuses cartes d'extension en option (entrées/sorties supplémentaires, entrée d'arrêt de sécurité, PTC, alimentation de secours, carte PLC), ou encore cartes de communication (profibus, modbus, ethernet, profinet, ethercat).
Une analyse précise du système d'entraînement, du moteur et du lieu d'installation garantit le choix du convertisseur de fréquence adapté. Décrit ci-dessus. cinq étapes pour sélectionner un convertisseur Permet un fonctionnement fiable et durable de notre système d'entraînement. Il est important de garder à l'esprit qu'un convertisseur de fréquence mal choisi peut être plus néfaste que bénéfique.
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