Contrôle du moteur d'entraînement de fréquence : configuration, réglage et économies du VFD

Comment fonctionne la commande du moteur du variateur de fréquence dans la pratique

Un variateur de fréquence redresse le courant alternatif entrant en courant continu, puis le rétablit en courant alternatif à une fréquence commandée. La vitesse du moteur est principalement définie par la fréquence, tandis que les algorithmes de tension et de contrôle régulent le couple et la stabilité.

Vitesse, couple et pourquoi le mode de contrôle est important

La plupart des applications se répartissent en deux types de comportement : couple variable (ventilateurs/pompes) et couple constant (convoyeurs/extrudeuses). L’adaptation du mode de contrôle du variateur à la charge améliore le couple à basse vitesse, le maintien de la vitesse et l’efficacité.

Quand un VFD est le bon outil

• Vous avez besoin d’une vitesse réglable en termes de débit, de pression, de tension ou de débit.
• Le démarrage en douceur réduit les chocs mécaniques par rapport aux démarrages directs.
• Les coûts énergétiques sont élevés et le processus ne nécessite pas une vitesse maximale en permanence.
• Vous avez besoin de fonctionnalités d'automatisation de base telles que le contrôle PID, la veille/réveil ou les préréglages à plusieurs vitesses.

Comment dimensionner et sélectionner un variateur de fréquence pour le contrôle moteur

Le dimensionnement correct est déterminé par courant de pleine charge du moteur (FLA) et les exigences de surcharge de la charge, pas seulement la puissance/kW. Commencez par la plaque signalétique du moteur, puis appliquez les exigences de service de l’application.

Des règles de dimensionnement rapides qui évitent les déplacements intempestifs

• Faites correspondre le courant nominal continu du variateur au FLA du moteur avec une marge : ≥ 1,0× pour ventilateurs/pompes, ≥ 1,1 à 1,25× pour un couple constant ou des accélérations fréquentes.
• Vérifier la classe de surcharge : de nombreux variateurs fournissent ~120 % pour les années 60 (couple variable) et ~150 % pour les années 60 (couple constant), mais cela varie selon le modèle.
• Tenez compte du temps d'accélération : des rampes plus courtes nécessitent un couple/courant de pointe plus élevé.
• Déclassement pour la température ambiante, l'altitude, le boîtier et la fréquence de commutation si spécifié par le fabricant du variateur.

Exemple : à quoi ressemble la « marge » avec des nombres réels

Si un moteur de 400 V et 30 kW porte une plaque signalétique FLA de ~56A (la plage typique dépend du rendement et du facteur de puissance), en choisissant un variateur avec 60-70A L'évaluation continue est souvent appropriée pour le fonctionnement d'un ventilateur/pompe. Pour un convoyeur avec des démarrages brusques, le fait de passer à un entraînement capable de supporter une surcharge plus élevée peut éviter les déclenchements pendant l'accélération.

Liste de contrôle de sélection pour la fiabilité

1. Alimentation d'entrée : tension, phase, résistance aux courts-circuits et si des selfs de ligne sont recommandées.
2. Type de moteur : moteurs à induction, PM ou spéciaux ; confirmer la compatibilité du lecteur.
3. Besoins de contrôle : V/Hz de base vs vectoriel, retour codeur, fonctions API intégrées, bus de terrain.
4. Freinage : roue libre/arrêt, injection DC, résistance de freinage dynamique ou besoins de récupération.
5. Environnement : poussière, humidité, vibrations ; Choisissez le boîtier/l'indice IP et la stratégie de refroidissement.

Pratiques de câblage et d'installation qui maintiennent la commande du moteur VFD stable

La plupart des problèmes « mystérieux » du VFD remontent à la mise à la terre, au routage des câbles ou à des pratiques incorrectes en matière de câblage du moteur. Une bonne installation réduit les interférences électromagnétiques, protège l'isolation du moteur et améliore la précision du contrôle.

Câbles et mise à la terre essentiels

• Utilisez un câble moteur blindé si nécessaire ; Terminez le bouclier à 360° selon les meilleures pratiques pour le contrôle du bruit haute fréquence.
• Gardez les fils du moteur physiquement séparés du câblage analogique/de rétroaction ; se croisent à 90° s'ils doivent se croiser.
• Reliez le variateur, le châssis du moteur et la masse du panneau à un chemin de terre à faible impédance ; évitez les mises à la terre en « daisy-chain » lorsque cela est possible.
• Si les câbles moteur sont longs, envisagez des filtres dV/dt ou sinusoïdaux pour réduire les contraintes de tension des ondes réfléchies.

Protection du moteur et du variateur

Une sortie VFD est une forme d'onde PWM, qui peut augmenter les courants de roulement et les contraintes d'isolation dans certaines configurations. L'atténuation peut inclure une mise à la terre appropriée, des roulements isolés (si spécifié), des selfs de mode commun et un filtrage de sortie, en particulier avec des moteurs plus anciens ou des câbles très longs.

Ne faites pas cela (modèles d’échec courants)

• Basculez le moteur entre le variateur et l'alimentation secteur à l'aide de contacteurs standard sans schéma de transfert approuvé par le variateur.
• Mettez des condensateurs de correction du facteur de puissance sur la sortie VFD.
• Partagez des communs de référence analogiques avec des circuits bruyants ; utilisez une isolation appropriée du signal si nécessaire.

Étapes de mise en service pour une commande fiable du moteur du variateur de fréquence

La saisie de données précises sur la plaque signalétique du moteur et l'exécution de la routine d'identification du moteur du variateur sont les deux étapes de configuration les plus importantes. pour une production de couple stable et moins de déclenchements, en particulier en modes vectoriels.

Paramètre minimum à configurer en premier

1. Volts du moteur, courant du moteur (FLA), fréquence de base, vitesse nominale (RPM) et puissance.
2. Mode de contrôle : V/Hz pour un couple variable, vectoriel pour un couple constant ou de meilleures performances à basse vitesse.
3. Temps d'accélération/décélération et méthode d'arrêt (lavage en roue libre, rampe, injection DC, freinage dynamique).
4. Paramètres de limite de courant et de surcharge alignés sur la capacité thermique du moteur.
5. Vitesse min/max (Hz) et éventuelles contraintes de processus (par exemple, vitesse de refroidissement minimale pour les moteurs auto-ventilés).

Exemple de contrôle PID pour pompes et ventilateurs

Pour le contrôle de la pression, le variateur peut ajuster la vitesse pour maintenir un point de consigne. Une approche de départ pratique consiste en un gain proportionnel modeste et une action intégrale lente, puis en affinant en fonction de la réponse :

• Réglez correctement l'échelle du transducteur (par exemple, 4 à 20 mA = 0 à 10 bars) pour éviter de « régler » un mauvais signal.
• Utilisez la logique veille/réveil lorsque la demande est proche de zéro pour éviter les fluctuations et réduire l'usure.
• Appliquez une vitesse minimale raisonnable pour maintenir le refroidissement du joint ou un débit minimum, si nécessaire.

Rampes : équilibrer les besoins du processus et les limites électriques

Si le variateur se déclenche en cas de surintensité pendant l'accélération, augmentez le temps d'accélération ou réduisez la charge de démarrage. S'il se déclenche sur surtension pendant la décélération, prolongez le temps de décélération ou ajoutez un freinage dynamique. Pour les charges à forte inertie, le matériel de freinage transforme souvent un arrêt instable en un arrêt contrôlé.

Des économies d'énergie et des gains de performances que vous pouvez quantifier

La commande du moteur à entraînement de fréquence est la plus intéressante financièrement sur les charges à couple variable. Les lois d'affinité fournissent une estimation rapide : débit ∝ vitesse, hauteur ∝ vitesse² et puissance ∝ vitesse³. Cela signifie que de petites réductions de vitesse peuvent produire d’importantes réductions de kW.

Exemple concret utilisant la relation de puissance cubique

Si un ventilateur utilise 30 kW à une vitesse de 100 %, alors à une vitesse de 80 %, la puissance estimée à l'arbre est de 30 × 0,8³ = 30 × 0,512 ≈ 15,4 kW . Cela représente une réduction d’environ 14,6 kW tout en déplaçant environ 80 % du débit d'air (en supposant des conditions de système similaires).

Où les économies déçoivent souvent (et comment y remédier)

• Si le processus nécessite la plupart du temps un couple constant à une vitesse proche de la valeur nominale, les économies seront limitées ; concentrez-vous plutôt sur une maintenance réduite et un meilleur contrôle.
• Si les registres ou les vannes d'étranglement effectuent toujours le contrôle « réel », déplacez l'autorité de contrôle vers le VFD avec PID et traitez le dispositif mécanique comme un trim ou une limite de sécurité.
• Si la vitesse minimale est trop élevée, revisitez les contraintes du processus ; même une baisse de vitesse de 10 % peut réduire la puissance du ventilateur/pompe d’environ 27 %.

Dépannage rapide des problèmes de commande du moteur du variateur de fréquence

Commencez par identifier si le déclenchement est lié au courant, à la tension ou au signal/contrôle. ; cela réduit rapidement la cause première et empêche les modifications aléatoires des paramètres.

Carte symptômes-causes

Un résumé concis des « bonnes pratiques »

Pour obtenir des résultats cohérents lors du contrôle du moteur du variateur de fréquence, donnez la priorité aux données précises du moteur, au mode de contrôle approprié, aux rampes raisonnables et à une installation propre. Lorsqu'il est réglé et installé correctement, le VFD devient un outil de processus prévisible et non une source de déclenchements intermittents.