Résolution des problèmes d'alimentation sur les équipements CVC

Un variateur de fréquence (VFD) ne parvient pas à faire varier la vitesse du ventilateur d'évacuation d'air. Un moteur surchauffe et tombe en panne prématurément. Les commandes programmables qui fonctionnent généralement sans problème rencontrent soudainement des problèmes lorsqu'elles fonctionnent en mode veille. Un VFD se déclenche sans raison apparente dans un système d'eau glacée, ce qui entraîne une alarme de température élevée. Un disjoncteur se déclenche, entraînant un arrêt du système ; pourtant, une lecture de pince ampèremétrique ne révèle aucun flux de courant anormal dans le système après le redémarrage.

Bien que chaque problème de dépannage dans un système CVC présente son propre ensemble de circonstances, les professionnels de la maintenance peuvent reconnaître ces problèmes comme des problèmes possibles de qualité de l'alimentation.

À la recherche de la vraie cause
L'électronique est la base des systèmes de contrôle modernes. Les commandes programmables, les relais à semi-conducteurs, les capteurs, les transducteurs, les variateurs de fréquence sur les ventilateurs et les pompes à eau glacée et les commandes électroniques sur les actionneurs sont tous sujets à des problèmes que les anciennes commandes purement électromécaniques n'avaient pas. Ces problèmes sont souvent le résultat de la qualité de la tension et du courant fournis à l'équipement CVC. Une mauvaise « qualité de l'énergie » est une énergie électrique qui ne répond pas aux paramètres spécifiés.

Comme pour toutes les formes de dépannage CVC, les techniciens doivent comprendre les sources des problèmes potentiels afin de les résoudre. Les problèmes inexpliqués sont souvent attribués à un équipement électronique défectueux.
Cependant, la cause réelle peut ne pas du tout résider dans l'équipement électronique.

Indices faux ou trompeurs
Par exemple, un VFD qui ne parvient pas à faire varier correctement la décharge - la vitesse du ventilateur d'air peut être le résultat de divers problèmes du système - d'une dérogation DDC initiée sur le VFD, à un capteur de pression statique défectueux, à une fuite de conduit excessive. Alors que la cause de la défaillance initiale réside rarement dans le VFD lui-même, le VFD peut en fait être à l'origine d'autres problèmes du système. Les moteurs surchauffent, des déclenchements intempestifs de disjoncteurs ou des fusibles grillés inexpliqués se produisent, et des alarmes parasites peuvent se produire ailleurs dans le système de commande numérique. Étant donné que ces éléments peuvent tous être des caractéristiques du fonctionnement normal d'un VFD, les techniciens doivent toujours retracer le problème jusqu'à la source.

Dans un cas, un VFD fourni par un ventilateur se déclenche par inadvertance dans un système de refroidissement lorsque l'alimentation est transférée de la source habituelle à la source de secours. Le résultat était des alarmes de température élevée sur l'équipement fourni en raison d'un refroidissement insuffisant. Les VFD sont conçus pour traverser une certaine quantité d'interruption de tension dans un système. Cependant, si les spécifications du VFD pour de tels défauts sont dépassées, le VFD s'arrêtera.

Dans ce cas, on a d'abord pensé que le lecteur électronique était en cause. Cependant, une enquête sur les paramètres de fonctionnement du VFD et l'enregistrement des valeurs de tension et de courant pendant les transferts d'alimentation du système ont révélé la véritable cause du problème :le temps de commutation de transfert était souvent trop long pour prendre en charge le fonctionnement du VFD.

Dans un autre cas, un VFD dans un terminal VAV se déclencherait hors ligne lorsqu'il serait alimenté par la source d'alimentation de secours. Le problème s'est avéré être l'incapacité du générateur de secours à fournir une puissance de qualité suffisante pour faire fonctionner le VFD. Les fluctuations de tension lors de l'alimentation en veille ont entraîné des déclenchements sur le VFD. La solution consistait à placer le VFD en mode de dérivation lorsqu'il était en veille, contournant ainsi les commandes électroniques de vitesse variable.

La racine des problèmes de qualité de l'alimentation
Les équipements électroniques fonctionnent en captant du courant alternatif et en le convertissant en courant continu destiné à être utilisé par les composants électroniques. Ce processus crée des courants harmoniques qui retournent dans le système. Ces courants harmoniques peuvent provoquer une surchauffe et déformer également les ondes sinusoïdales en amont de l'électronique.

Les courants harmoniques sont des courants qui apparaissent à des multiples de la fréquence fondamentale de 60 hertz (Hz). Par exemple, la troisième harmonique est le courant qui circule à 180 Hz (60 x 3) ; la cinquième harmonique est le courant qui circule à 300 Hz (60 x 5), et ainsi de suite.

Comment mesurer les harmoniques
Les techniciens mesurent les niveaux des différentes harmoniques et la quantité de distorsion créée pour déterminer si les harmoniques créent des problèmes. Utilisez un analyseur de qualité d'alimentation pour mesurer les niveaux d'harmoniques et la distorsion. La mesure clé est la distorsion harmonique totale (THD) de la tension.

Réglez l'analyseur conformément aux instructions et lisez le THD directement sur la face du compteur. Le THD ne doit pas dépasser 5 % lorsqu'il est mesuré au point où le chargeur qui alimente le VFD alimente également d'autres charges. C'est le point de couplage commun (PCC).

Si le THD de tension dépasse les limites, consultez le fabricant du VFD pour déterminer la meilleure solution. Cela peut inclure l'installation d'une inductance de ligne ou d'un transformateur d'isolement. Apprendre à utiliser un analyseur de qualité de l'alimentation n'est pas difficile, et ces efforts dépassent généralement de loin le coût des temps d'arrêt du système CVC.

Panne de moteur
Un autre problème de qualité de l'alimentation rencontré dans les systèmes CVC est la panne de moteur, en particulier ceux fournis par les VFD. Ce taux de défaillance peut augmenter si le moteur a tendance à fonctionner à des vitesses plus lentes typiques de nombreuses applications. Les défaillances incluent souvent une surchauffe, une rupture de l'isolation ou une défaillance prématurée des roulements.

Toutes ces pannes peuvent être attribuées aux caractéristiques de fonctionnement normales des VFD. Le variateur électronique fait varier la tension et la fréquence du moteur, pour faire varier sa vitesse. Malheureusement, des courants harmoniques sont également fournis au moteur, ce qui peut entraîner une surchauffe. Cette tension et ce courant « modulés en largeur d'impulsion » fournis au moteur peuvent également endommager l'isolation, entraînant une panne prématurée et une panne du moteur. Les courants peuvent également traverser les roulements du moteur, ce qui raccourcit considérablement leur durée de vie.

La meilleure solution à tous ces problèmes consiste à utiliser des moteurs à onduleur spécialement conçus pour être utilisés sur des variateurs de fréquence.

Déséquilibre de tension
Les moteurs triphasés qui ne sont pas alimentés par un VFD peuvent également tomber en panne en raison d'un autre problème de qualité de l'alimentation :le déséquilibre de tension. Une tension de phase qui est déséquilibrée d'aussi peu que 1 % peut entraîner un déséquilibre du courant du moteur six à dix fois plus important. De telles quantités excessives de flux de courant peuvent rapidement entraîner une surchauffe des moteurs.

Pour déterminer le déséquilibre, mesurez la tension de phase à phase pour chacune des phases, A-B, A-C et B-C. Additionnez les trois lectures et divisez par trois. C'est la tension moyenne entre phases. Si l'une des trois lectures individuelles varie de plus de 1 % par rapport à la moyenne, vous avez un déséquilibre de tension.

À 5 % de déséquilibre de tension, le moteur surchauffe généralement et est détruit. Généralement, le problème est que trop de charges monophasées sont alimentées par une seule phase. Ces charges doivent être réparties uniformément entre les phases du panneau de distribution pour corriger le problème.

Consignes générales
Tous les équipements électriques et électroniques HVAC ont des paramètres d'alimentation électrique spécifiés. Ne pas les respecter garantira simplement que l'équipement ne fonctionnera pas comme prévu. Un terminal VAV alimenté par un ventilateur est un exemple typique d'équipement avec des exigences d'alimentation électrique spécifiées.

En cas de fonctionnement erratique de cet équipement, vérifiez que les paramètres d'alimentation électrique sont respectés. Pour un tel équipement, la tension d'entrée CA doit être inférieure à 10 % de la tension nominale à la fréquence nominale. La plaque signalétique indiquera la tension nominale de l'équipement. Par exemple, un équipement évalué à 208 volts doit avoir une tension d'alimentation comprise entre 187 V et 229 V. Il n'est pas rare de trouver des basses tensions lors du dépannage d'équipement.

Outils
Il est également important d'utiliser un compteur à valeur efficace vraie pour mesurer les valeurs de tension et de courant. Les systèmes CVC modernes d'aujourd'hui produisent non seulement des courants harmoniques, mais ils peuvent également fonctionner de manière incorrecte en raison des distorsions d'onde sinusoïdale créées par ces harmoniques. Un compteur à réponse moyenne, utilisé par de nombreux techniciens CVC, ne donnera pas des lectures précises si des harmoniques sont présentes.

Les compteurs de réponse moyenne lisent le courant et la tension des formes d'onde sinusoïdales à 60 Hz sans harmoniques présentes. Les charges non linéaires, telles que les VFD, produisent des formes d'onde non sinusoïdales, des courants et des tensions à diverses fréquences. Vous devez utiliser le bon compteur pour lire les valeurs dans ces circuits d'alimentation. Seuls les compteurs à valeur efficace vraie vous donneront les lectures correctes.

Tension d'alimentation
Si la tension d'alimentation est inférieure à la spécification de basse tension, vous pouvez vous attendre à deux problèmes avec l'équipement CVC. Premièrement, la durée de vie du moteur sera raccourcie car les moteurs consomment un excès de courant pour produire la puissance nécessaire à la tension la plus basse. Deuxièmement, l'électronique ne fonctionnera pas correctement car la partie alimentation des commandes électroniques n'aura pas une tension suffisante pour charger les condensateurs dans leurs circuits de filtrage.

Les composants électroniques, qui fonctionnent généralement à seulement 5 volts CC, seront désormais grandement affectés par une faible tension d'entrée. Attendez-vous à un fonctionnement erratique et à des alarmes parasites, en fonction de la gravité de la faible tension d'entrée. Et rappelez-vous, sans le compteur true-rms, vous n'aurez peut-être pas une image précise de la tension d'alimentation réelle.

L'alimentation CA doit également être à moins de 5 % de la fréquence nominale à la tension nominale sur une borne VAV typique. Généralement, ce n'est pas un problème lors du fonctionnement sur l'alimentation secteur. Cependant, les professionnels du CVC signalent de nombreux problèmes de tension et de fréquence lorsqu'ils fonctionnent sur des générateurs de secours. Assurez-vous de vérifier toutes les spécifications d'alimentation électrique entrante pour toutes les sources d'alimentation requises pour le système CVC.

Une exigence supplémentaire du fabricant de l'équipement est que l'alimentation « doit respecter une variation combinée de la tension et de la fréquence de 10 % (la somme des valeurs absolues) des valeurs nominales, à condition que la variation de fréquence ne dépasse pas 5 % de la fréquence nominale ». Encore une fois, l'équipement est le plus susceptible de présenter ce problème lorsqu'il fonctionne en mode veille. Plusieurs options sont disponibles pour stabiliser les problèmes de contrôle lors du fonctionnement en mode veille. Bien que cela nécessite de travailler avec les ingénieurs système et les techniciens appropriés, la première étape consiste à vous assurer que vous disposez de lectures précises pour étayer votre affirmation selon laquelle le problème de contrôle repose sur une alimentation de secours instable.

En résumé
De nombreux problèmes de dépannage HVAC continueront d'être résolus par des tâches de routine telles que la vérification des fusibles, le test de la présence de tension au niveau d'un contacteur et la vérification que le flux de courant ne dépasse pas les données de la plaque signalétique du moteur. Cependant, les systèmes qui contiennent des commandes électroniques et des VFD auront des problèmes en raison de problèmes de qualité de l'alimentation.

Aujourd'hui, de nombreux professionnels du CVC étendent leurs compétences et leurs connaissances dans ce domaine. Plus les contrôles sont utilisés dans les systèmes de CVC et de bâtiment, plus les problèmes de qualité de l'alimentation surviendront. L'utilisation de compteurs et d'analyseurs à valeur efficace vraie qui enregistrent les paramètres électriques au fil du temps améliorera considérablement l'isolement et la correction des problèmes de mauvaise qualité de l'alimentation. Des connaissances appropriées, associées aux bons outils, aident grandement les professionnels de la maintenance à résoudre de nombreux problèmes associés aux systèmes CVC d'aujourd'hui.

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