Les efforts d'automatisation industrielle et d'efficacité énergétique augmentent l'utilisation des moteurs à fréquence variable (VFD) dans les systèmes moteurs tels que les convoyeurs, les pompes et les robots industriels.La sélection du câble pour ce type de moteur est beaucoup plus compliquée que la détermination de l'échelle du fil en fonction du courant de charge et du niveau d'isolation en fonction de la tension de fonctionnement.
Les systèmes moteurs VFD modernes utilisent l'électronique de puissance en mode commutateur pour produire un signal de conduite par modulation de la largeur d'impulsion (PWM) avec des bords extrêmement rapides.Ces transitoires rapides augmentent les réflexions du signal causées par des incompatibilités d'impédance entre le câble et les bornes du moteur, créant des ondes stationnaires qui augmentent le stress de tension à travers le câble.les capacités ligne-ligne et ligne-sol du câble affectent les performances du conducteur et augmentent le courant de chargeÉtant donné que le signal VFD PWM contient un grand nombre d'harmoniques à haute fréquence, les câbles du moteur doivent être efficacement blindés pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI).
Ce document décrit brièvement le VFD et discute des défis auxquels sont confrontés les concepteurs dans le choix des câbles moteurs VFD pour assurer la fonctionnalité, la fiabilité et la sécurité requises pour un bon fonctionnement.Les câbles VFD de LAPP sont ensuite présentés et démontrent comment ils peuvent être utilisés pour fournir des signaux stables de puissance et de commande tout en réduisant les rayonnements EMI et la sensibilité aux environnements difficiles.
Introduction à la VFD
L'automatisation industrielle exige que le moteur fonctionne de manière fiable et efficace, et peut fonctionner dans n'importe quelle direction dans la gamme de vitesse complète.est un contrôleur de moteur qui régule la vitesse et le couple d'un moteur à induction CA (ACIM) en modifiant la fréquence d'entrée de puissanceLe principe de fonctionnement du VFD est d'utiliser l'entrée de rectification CA et la sortie de courant continu pour générer un signal PWM pour entraîner le moteur.largeur et amplitude de ces signaux d'impulsion, la vitesse du moteur et le couple de sortie peuvent être contrôlés dans divers systèmes d'entraînement.
Pour réaliser sa fonction, le VFD se compose de trois composants principaux (fig. 1): un redresseur qui convertit le courant alternatif en courant continu, un onduleur qui convertit le courant continu en débit PWM et un contrôleur VFD.
VFD rectifie l'entrée CA et génère un signal PWM en utilisant le courant continu (cliquez sur l'amplification)
Figure 1: Le VFD rectifie l'entrée CA et utilise le courant continu pour générer un signal PWM pour contrôler la vitesse du moteur et le couple de sortie.
Le contrôleur surveille le fonctionnement du moteur à travers une variété de capteurs pour contrôler les paramètres moteurs critiques.et capteurs de température et de vibrations.
Ce redresseur utilise des diodes conventionnelles suivies de filtres.Ces transistors sont entraînés par un conducteur de porte à haute tension isolé, qui est contrôlé de manière centrale par un contrôleur VFD.
Le VFD diffère de l'opération CA traditionnelle à trois phases en ce que le signal du moteur d'entraînement n'est pas une onde sinusoïdale, mais une impulsion PWM (Fig. 2).
L'impulsion PWM de VFD génère une réponse de courant sinusoïdal
Figure 2: L'impulsion PWM de VFD génère une réponse de courant sinusoïdal dans l'enroulement du moteur.
La fréquence du signal PWM est généralement de 2 kHz à 20 kHz. L'onduleur relie alternativement le moteur aux pôles positif et négatif du bus CA et à la tension commune CC.La tension du bus CC est proche de la tension maximale du bus ACLa forme d'onde VFD PWM utilisée produit une réponse de courant sinusoïdal pour contrôler la vitesse et le couple du moteur.
En raison des caractéristiques de l'onde PWM, des câbles spéciaux sont nécessaires pour connecter le VFD au moteur.Le câble VFD est spécialement conçu pour réduire le rayonnement de ces signaux à haute fréquenceEn outre, afin de minimiser la perte de commutation des dispositifs de commutation d'onduleur et de maximiser l'efficacité du système, la vitesse de saut d'impulsion doit être réglée le plus rapidement possible.Il en résulte un taux de variation de tension très élevé (dV/dt) au bord de l'impulsionCes caractéristiques, combinées à des bords rapides et à des composants spectraux à haute fréquence, entraînent des niveaux élevés d'interférence électromagnétique.Les bords rapides produisent également des réflexions de la ligne de transmission lorsque l'impédance du câble changeCette réflexion crée une onde stationnaire dans le câble, ce qui augmente la tension sur le câble et oblige le câble VFD à avoir une tension nominale plus élevée.
La capacité du câble entre les conducteurs métalliques est une autre préoccupation.Cela augmente le niveau de courant instantané et peut endommager le câbleCe courant commun peut circuler entre les phases ou d'une phase à la terre. Ce courant peut également entrer dans la boucle de terre à travers le châssis du moteur et passer par les roulements du moteur.Le courant qui traverse le roulement provoque des trous sur la surface du roulementCes problèmes se produisent généralement dans les systèmes VFD à haute tension, à haute puissance moteur (HP) et à longs câbles.
Comme pour tous les fils et câbles, le courant circule à travers la résistance CC du câble causant une perte de puissance.la résistance du câble peut augmenter en raison de l'effet de la peauCes effets de résistance varient avec la longueur du câble.