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Guide technique No. 7 Dimensionnement d’un système d’entraînement ABB drives 2

Guide technique No. 7 Dimensionnement d’un système d’entraînement ABB drives 2 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 3 © Copyright 2012 ABB. Toutes les dispositions, indications et caractéristiques sont susceptibles de modification sansréavis. 3BFE64494236 REV C FR 21.2.2012 Guide technique No. 7 Dimensionnement d’un système d’entraînement 4 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 5 Table des matières Chapitre 1 - Introduction ...........................................................................7 Généralités ..........................................................................................7 Chapitre 2 - Système d’entraînement ........................................................8 Chapitre 3 - Principales étapes de la procédure de dimensionnement ....9 Chapitre 4 - Le moteur asynchrone (c.a.) ................................................11 4.1 Principes fondamentaux ..............................................................11 4.2 Courant moteur ..........................................................................13 4.2.1 Plage à flux constant ...........................................................14 4.2.2 Zone de défluxage ..............................................................15 4.3 Puissance moteur .......................................................................16 Chapitre 5 - Lois élémentaires de la mécanique ......................................17 5.1 Mouvement de rotation ...............................................................17 5.2 Réducteurs et moment d’inertie ..................................................20 Chapitre 6 - Différents types de charge ...................................................22 Chapitre 7 - Capacité de charge du moteur ............................................25 Chapitre 8 - Sélectionner le convertisseur de fréquence et le moteur ....26 8.1 Application de pompage/ventilation (exemple) ..............................26 8.2 Application à couple constant (exemple) ......................................29 8.3 Application à puissance constante (exemple) ...............................31 Chapitre 9 - Transformateur d’entrée et redresseur du convertisseur de fréquence .............................................................................35 9.1 Redresseur .................................................................................35 9.2 Transformateur ...........................................................................36 Chapitre 10 - Index ..................................................................................38 6 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 7 Chapitre 1 - Introduction Généralités Dimensionner un système d’entraînement nécessite de prendre en compte de très nombreux facteurs et de connaître tous les éléments constitutifs du système: réseau électrique, machine en- traînée, contraintes d’environ-nement, moteurs et variateurs de vitesse, etc. Le temps que vous consacrez à bien dimensionner votre système d’entraînement peut vous faire gagner beaucoup d’argent par la suite. 8 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 Chapitre 2 - Système d’entraînement Un système d’entraînement c.a. comporte, en général, un trans- formateur d’entrée ou une alimentation électrique, un conver- tisseur de fréquence, un moteur c.a. et la charge entraînée. Le convertisseur de fréquence comprend lui-même un redresseur, un circuit c.c. et un onduleur. Figure 2.1 Convertisseur de fréquence avec 1) un redresseur, 2) un circuit c.c., 3) un onduleur et 4) l’alimentation électrique. Dans les systèmes multi-entraînements, un redresseur séparé est souvent utilisé. Les onduleurs sont raccordés directement à un circuit c.c. commun. Figure 2.2 Système d’entraînement avec 1) une section redresseur séparée, 2) un circuit c.c. commun, 3) des sections onduleurs et 4) l’alimentation électrique. Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 9 Dans ce chapitre, nous décrivons les principales étapes du di- mensionnement du moteur et du convertisseur de fréquence. 1) Vérification des caractéristiques du réseau Pour sélectionner votre convertisseur de fréquence et votre moteur, vous devez connaître le niveau de la tension réseau (380 V à 690 V) et sa fréquence (50 Hz ou 60 Hz). La fréquence du réseau n’est pas un facteur de limitation de la plage de vitesse de l’application. 2) Détermination des caractéristiques de l’application Couple de démarrage? Plage de vitesse utilisée? Type de la charge entraînée? Nous décrivons par la suite les types de charge les plus courants. 3) Sélection du moteur Un moteur électrique doit être considéré comme une source de couple. Il doit offrir une bonne tenue aux surcharges et être capable de fournir un certain niveau de couple. Par exemple, le couple maximum du moteur doit être environ 30% supérieur au couple demandé par la charge. Par contre, la capacité thermique du moteur ne doit pas être dépassée. 4) Sélection du convertisseur de fréquence Le convertisseur de fréquence est sélectionné en fonction des caractéristiques du réseau et du moteur sélectionné. Il doit pouvoir fournir le courant et la puissance requis. Il faut tirer profit de sa capacité de surcharge pour les cycles transitoires. Chapitre 3 - Principales étapes de la procédure de dimensionnement 10 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 n min n max Dimensionnement Réseau Convertisseur Moteur Charge 1) Vériﬁ ez les caractéris- tiques du réseau et de la charge 2) Choisissez un moteur selon: - la capacité thermique - la plage de vitesse - le couple au maximum requis 3) Choisissez un convertis- seur de fréquence selon: - le type de charge - le courant permanent et maximum - le réseau fN = 50Hz, 60Hz UN = 380...690V Ccharge C n min n max Ccharge C Cd n min n max Imax IN n min n max Cd Principales étapes de la procédure de dimensionnement Figure 3.1 Principales étapes de la procédure de dimensionnement. Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 11 C/C Chapitre 4 - Le moteur asynchrone (c.a.) Les moteurs asynchrones sont très répandus dans l’industrie. Nous décrivons dans ce chapitre leurs principales caractéris- tiques. 4.1 Principes fondamentaux Un moteur asynchrone convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette conversion est basée sur l’induction élec- tromagnétique. Du fait du phénomène d’induction, le moteur asynchrone présente un glissement par rapport à la vitesse de synchronisme. Le glissement est défini au point de fonction- nement nominal du moteur (fréquence (fn), vitesse (nn), couple (Cn), tension (Un), courant (In) et puissance (Pn)). Au point de fonctionnement, le glissement est: où ns est la vitesse de synchronisme: Lorsqu’un moteur est alimenté par un réseau à tension et fré- quence constantes, sa courbe de couple a la forme suivante: Figure 4.1 Courbe type couple/vitesse d’un moteur asynchrone raccordé au réseau (démarrage direct). Sur le graphique a) est le couple de démarrage, b) le couple minimum, c) le couple moteur maximum, Cmax et d) le couple nominal du moteur. (4.1) (4.2) 12 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 Couple Vitesse Le moteur asynchrone (c.a.) Le couple maxi d’un moteur asynchrone standard (Cmax, éga- lement appelé couple de décrochage) est en général 2 à 3 fois le couple nominal. Le couple maxi est obtenu au glissement smax qui est supérieur au glissement nominal. Pour obtenir les meilleures performances d’un moteur asynchrone, le glissement moteur doit se situer entre - smax et smax. Pour cela, il faut réguler la tension et la fréquence. Cette régulation peut se faire avec un convertisseur de fréquence. Figure 4.2 Courbes couple/vitesse d’un moteur asynchrone alimenté par un convertisseur de fréquence. Cmax est disponible pour des surcharges transitoires sous le point de défluxage. Les convertisseurs de fréquence, cependant, limitent en général le couple maximum disponible à 70% de Cmax. La plage de fréquence en-dessous de la fréquence nominale est appelée plage à flux constant. Au-dessus de la fréquence/vitesse nominales, le moteur fonctionne dans la zone de défluxage. Dans celle-ci, il peut fonctionner à puissance constante, raison pour laquelle elle est parfois appelée plage à puissance constante. Le couple maxi d’un moteur asynchrone est proportionnel au carré du flux magnétique (Cmax ~ Ψ2 ). Cela signifie que le couple maxi est pratiquement constant dans la plage de flux constant. Au-delà du point de défluxage, la diminution du couple maxi est inversement proportionnelle au carré de la fréquence. ( Cmax ~ ) Guide technique No. 7 | Dimensionnement d’un système d’entraînement 13 , , , , , , , , , , , Plage à ﬂ ux constant VITESSE Zone de déﬂ uxage Flux Cmax Tension Figure 4.3 Couple maxi, tension et flux en fonction de la vitesse relative. 4.2 Courant moteur Le courant d’un moteur asynchrone a deux composantes: le cou- rant réactif (isd) et le courant actif (isq). La composante de courant réactif inclut le courant magnétisant (imagn) alors que le courant actif est la composante de courant qui produit le couple. Les composantes de courants réactif et actif sont perpendiculaires. Le courant magnétisant (imagn) reste à peu près constant dans la plage à flux constant (en-dessous du point de défluxage). Dans la zone de défluxage, le courant magnétisant diminue propor- tionnellement à la vitesse. Le courant magnétisant dans la plage à flux constant correspond approximativement au courant réactif (isd) au point de fonction- nement du moteur. Figure 4.4 Le courant statorique (is) est composé du courant réactif (isd) et du courant actif (isq) qui sont perpendiculaires l’un par rapport à l’autre. Le flux statorique est désigné Ψs. Le moteur asynchrone (c.a.) 14 Dimensionnement d’un système d’entraînement | Guide technique No. 7 , lorsque 0.8 * Cn ≤ Ccharge ≤ 0.7 * Cmax , , charge C C , A = 17,8 A charge C C charge C C charge C C C C C C 4.2.1 Plage à flux constant En-dessous du point de défluxage, les composantes du courant peuvent être calculées comme suit: ϕn est l’angle de déphasage entre puissance active et réactive. Cos (ϕn) est le facteur de puissance. Le courant moteur total est: On peut voir qu’à couple moteur nul, la composante de courant actif est nulle. Avec des valeurs de couple proches du nominal, le courant devient environ proportionnel au couple. Le courant moteur total peut être estimé comme suit: Exemple 4.1: Le uploads/Sports/ fr-technical-guide-no-7-revc.pdf