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INSTALLATION ET MAINTENANCE – FLSD ZONE 1 – Exdb / Exdb eb
7.1 - Utilisation à vitesse variable
7.1.1 - Généralités
Le pilotage par variateur de fréquence peut entraîner une
augmentation de l'échauffement de la machine à cause d'une
tension d'alimentation sensiblement plus basse que sur le
réseau, de pertes supplémentaires liées à la forme d'onde
issue du variateur (PWM) et de la diminution de la vitesse du
ventilateur de refroidissement.
La norme CEI 60034-17 décrit de nombreuses bonnes
pratiques pour tous types de moteurs électriques, néanmoins
en tant que spécialiste, Nidec Leroy-Somer décrit dans le
chapitre ci-après les meilleures règles applicables à la vitesse
variable.
L'homologation de nos moteurs de sécurité autorise leur
fonctionnement sur des variateurs de fréquence à condition de
prendre les précautions nécessaires pour respecter en toutes
circonstances la classe de température marquée sur la plaque
signalétique du moteur.
Le pilotage par variateur de fréquence entraîne une
augmentation de l'échauffement de la machine principalement
à cause de la diminution de la vitesse du ventilateur de
refroidissement et d'une tension d'alimentation sensiblement
plus basse que sur le réseau.
En conséquence, une réduction de la puissance nominale du
moteur doit en général être effectuée. Des tableaux de
déclassement ont été établis par nos bureaux d'études sur
base d'essais en charge réalisés en plateforme et des
prescriptions de la CEI 60034-17. En fonction de l'application,
de la plage de vitesse souhaitée et du profil de couple de la
machine entraînée, Nidec Leroy-Somer sélectionnera le
moteur de sécurité le plus adéquat. Le variateur, d'un type non
conçu pour un fonctionnement en zone explosible, doit être
placé en zone non explosible.
Dans certains cas, la mise en œuvre d'une ventilation forcée
(le ventilateur est entraîné par un moteur auxiliaire d'un type
certifié) peut s'avérer nécessaire. Pour les moteurs de petites
tailles (hauteur d'axe inférieure à 160), le mode de
refroidissement standard auto-ventilé (IC411) sera néanmoins
privilégié.
Un dispositif de mesure de la vitesse réelle du moteur par
codeur incrémental ou absolu, certifié ATEX, peut également
être installé à l'arrière de la plupart de nos moteurs de sécurité.
Les moteurs ATEX, alimentés par variateur de fréquence,
sont équipés de protections thermiques dans le bobinage.
Celles-ci doivent fonctionner indépendamment des
dispositifs de mesurage et de commande nécessaires à
l'exploitation. Nos tableaux de déclassement sont basés
sur une alimentation par variateur dont la fréquence de
découpage est supérieure ou égale à 3 kHz.
ADAPTATION DES MOTEURS
Un moteur est toujours caractérisé par les paramètres suivants
dépendant de la conception faite :
- classe de température
- plage de tension
- plage de fréquence
- réserve thermique
ÉVOLUTION DU COMPORTEMENT MOTEUR
Lors d'une alimentation par variateur, on constate une
évolution des paramètres ci-dessus en raison des phénomènes
suivants :
Guide d'installation et de maintenance - FLSD ZONE 1 – Exdb / Exdb eb
5699 fr - 2021.01 / d
- chutes de tension dans les composants du variateur
- augmentation du courant dans la proportion de la baisse de
tension
- différence d'alimentation moteur suivant le type de contrôle
(vectoriel ou U/f)
La principale conséquence est une augmentation du courant
moteur qui entraîne une augmentation des pertes cuivre et
donc un échauffement supérieur du bobinage (même à 50 Hz).
Une réduction de la vitesse, entraîne une réduction du débit
d'air donc une diminution de l'efficacité du refroidissement, et
par conséquent une nouvelle augmentation de l'échauffement
du moteur.
Inversement, en fonctionnement en service prolongé à grande
vitesse, le bruit émis par la ventilation pouvant devenir gênant
pour l'environnement, l'utilisation d'une ventilation forcée est
conseillée.
Au delà de la vitesse de synchronisme, les pertes fer
augmentent et donc contribuent à un échauffement
supplémentaire du moteur.
Le mode de contrôle influence l'échauffement du moteur
suivant son type :
- une loi U/f donne le maximum de tension fondamentale à
50Hz mais nécessite plus de courant en basse vitesse pour
obtenir un fort couple de démarrage donc génère un
échauffement en basse vitesse lorsque le moteur est mal
ventilé.
- le contrôle vectoriel demande moins de courant en basse
vitesse tout en assurant un couple important mais régule la
tension à 50Hz et induit une chute de tension aux bornes du
moteur, donc demande plus de courant à puissance égale.
Le classement en température a été réalisé avec une
alimentation par variateur à IGBT, forme d'onde PWM,
fréquence de découpage mini = 3kHz, U/f constant
boucle ouverte.
CONSÉQUENCES DE L'ALIMENTATION PAR
VARIATEURS
L'alimentation du moteur par un variateur de vitesse à
redresseur à diodes induit une chute de tension (~5%).
Certaines techniques de MLI permettent de limiter cette chute
de tension (~2%), au détriment de l'échauffement de la
machine (injection d'harmoniques de rang 5 et 7).
Le signal non sinusoïdal (PWM) fourni par le variateur génère
des pics de tension aux bornes du bobinage à cause des
grandes variations de tensions liées aux commutations des
IGBT (appelés aussi dV/dt). La répétition de ces surtensions
peut à terme endommager les bobinages suivant leur valeur et
/ ou la conception du moteur.
La valeur des pics de tensions est proportionnelle à la tension
d'alimentation.
Cette valeur peut dépasser la tension limite des bobinages qui
est liée au grade du fil, au type d'imprégnation et aux isolants
présents ou non dans les fonds d'encoches ou entre phases.
Une autre possibilité d'atteindre des valeurs de tension
importante se situe lors de phénomènes de régénération dans
le cas de charge entraînante d'où la nécessité de privilégier les
arrêts en roue libre ou suivant la rampe la plus longue
admissible.
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