Concevoir un système VFD (Variateur de Fréquence) robuste pour une performance optimale

Les Variateurs de Fréquence (VFD) sont progressivement devenus la norme industrielle pour contrôler la sortie des moteurs asynchrones triphasés. En faisant varier la tension et la fréquence, les VFD assurent un contrôle fluide et fiable du couple et de la vitesse du moteur. Des applications de motion control aux systèmes de ventilation en passant par l'industrie lourde, les VFD sont devenus incontournables dans le paysage industriel.

Cependant, l'efficacité globale des VFD dépend fortement de leur installation et de la qualité des équipements utilisés lors de la conception. Le moteur, les câbles et tous les dispositifs connectés doivent être pleinement compatibles avec les spécifications du variateur à installer.

Comment fonctionnent les VFD ?

Les VFD sont un élément essentiel de la technologie à semi-conducteurs (solid-state), et convertissent la tension alternative triphasée du réseau en une onde PWM (modulation de largeur d'impulsion) sinusoïdale, à travers laquelle la fréquence et la tension peuvent être variées. À l'intérieur, les VFD sont composés de :

• Convertisseur AC vers DC
• Bus DC pour filtrer la sortie du redresseur
• Onduleur DC vers AC

L'onduleur est responsable d'un flux fluide de tension et fréquence variables en sortie, qui entraînera ensuite le moteur. Pour assurer un contrôle centralisé, un microprocesseur est installé dans le VFD, gouvernant l'opération globale et les paramètres.

Prérequis

Avant d'intégrer un VFD dans votre système, vous devez vous poser quelques questions pour vous assurer de sélectionner un variateur aux bonnes spécifications :

Quelles seront les exigences de couple des charges ?

• Les VFD ont une capacité de surintensité limitée, donc les charges lourdes nécessiteront un variateur suffisamment surdimensionné.

Combien de moteurs le variateur devra-t-il contrôler ?

• Les courants de pointe de tous les moteurs doivent être calculés pour prévoir le pire scénario.

L'application nécessitera-t-elle une variation de vitesse instantanée ?

• Un surdimensionnement du variateur peut être nécessaire selon cette exigence.

Le moteur devra-t-il faire face à des problèmes de surchauffe ?

• Problème courant dans les applications à couple constant à vitesse réduite.

L'alimentation électrique restera-t-elle constante ?

• Plusieurs unités industrielles utilisent le délestage pour économiser l'énergie ; si c'est le cas, un variateur avec capacité de secours devra être sélectionné.

Des enceintes externes sont-elles requises ?

• Cela dépend des conditions auxquelles le variateur est exposé. Trop de poussière, d'eau ou de produits chimiques peuvent sérieusement perturber les capacités d'un VFD.

Sélection des câbles

Un désaccord d'impédance entre le câble et le moteur peut provoquer des ondes réfléchies dans les VFD, doublant effectivement le niveau de tension, ce qui peut endommager les câbles et composants. La solution privilégiée est l'utilisation de câbles avec isolation XLPE (polyéthylène réticulé) qui résistent à de telles ondes réfléchies, contrairement au PVC qui est dangereux dans de telles applications. L'utilisation de tels câbles présente d'autres avantages pour le système VFD comme une capacitive réduite qui améliore la durée de vie du moteur. La propriété d'isolation thermique assure également que la chaleur générée par les pertes par effet de couronne n'affecte pas les autres équipements ni ne conduit à des risques tels que la fusion de l'isolant ou les incendies.

De plus, un câble VFD rayonne du bruit, proportionnel à la quantité de courant électrique variable qui le traverse. Plus la longueur du câble augmente, plus le bruit croît, et un blindage adéquat est donc requis. S'il n'est pas corrigé, le bruit rayonné peut causer des problèmes tels que le couplage capacitif entre les enroulements du moteur et le châssis, affectant les dispositifs proches comme les thermocouples, codeurs, ainsi que les signaux de communication de bas niveau.

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