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Les entraînements à fréquence variable (VFD) sont couramment utilisés pour contrôler la vitesse du moteur et optimiser la consommation d'énergie dans les systèmes industriels.
Cependant, les VFD fonctionnent comme des charges non linéaires. Cela signifie qu'ils consomment des courants qui ne sont pas réguliers, même si la tension d'alimentation est une onde sinusoïdale parfaite.
Cela se produit parce que les VFD transforment l’alimentation CA en CC. Ensuite, ils le reconvertissent en un signal alternatif modifié. Ce processus permet de contrôler la vitesse du moteur.
Malgré les progrès technologiques, tels que les convertisseurs multi-impulsions (systèmes à 12, 18 ou 24 impulsions), les convertisseurs frontaux actifs, les filtres d'harmoniques passifs ou les selfs de ligne, des courants harmoniques peuvent toujours circuler à travers le système, provoquant distorsion de tension. Ces courants harmoniques sont problématiques car ils affectent la qualité globale de l’alimentation électrique fournie aux autres équipements, entraînant potentiellement des perturbations opérationnelles.
Surchauffe des transformateurs et des moteurspeut se produire à cause de courants supplémentaires. Cette chaleur peut endommager l'isolation et réduire la durée de vie des pièces électriques.
Dysfonctionnement des instruments électroniques, des capteurs ou des compteurs : La distorsion harmonique peut interférer avec le fonctionnement précis des appareils sensibles.
Surcharge des condensateurs de correction du facteur de puissance : La présence de courants harmoniques peut entraîner un fonctionnement des condensateurs en dehors de leur capacité nominale, entraînant des pannes potentielles.
Une défaillance prématurée des disjoncteurs peut se produire lorsqu'il y a trop de courants harmoniques. Ces courants peuvent provoquer le déclenchement ou l’usure plus rapide des disjoncteurs. En effet, les disjoncteurs ne peuvent pas supporter ces charges inégales.
Les harmoniques perturbent le fonctionnement normal des systèmes de distribution d'énergie. Les charges non linéaires génèrent des harmoniques de tension et de courant qui affectent négativement les équipements tels que les transformateurs, les câbles et les disjoncteurs. Ces distorsions augmentent les pertes de chaleur, rendant les systèmes électriques moins efficaces et plus sujets aux pannes. Les effets peuvent être immédiats ou différés, selon le type d’équipement concerné.
La distorsion de tension causée par les harmoniques peut affecter considérablement la fourniture d'énergie, en particulier dans les installations très automatisées. Même de faibles niveaux de distorsion (aussi faibles que 2 %) peuvent perturber les opérations des systèmes critiques. Les coupures de tension et la distorsion de la forme d'onde causées par les courants harmoniques peuvent endommager les appareils sensibles. Cela inclut les équipements à semi-conducteurs, les systèmes de synchronisation et les contrôleurs.
Le problème est encore plus prononcé dans les systèmes alimentés par générateurs de secours. Ces générateurs ont une impédance réactive plus élevée, entre 15 % et 20 %. En revanche, les transformateurs publics ont une impédance plus faible, de 2 % à 5 %. Cette différence peut augmenter les chutes de tension et les effets de distorsion harmonique.
Les générateurs avec une impédance interne plus élevée peuvent avoir des difficultés à gérer les charges harmoniques. Cela peut affecter leur capacité à maintenir des niveaux de tension stables.
Pour atténuer ces effets, des générateurs plus grands avec une impédance réduite peuvent aider à gérer les charges harmoniques plus efficacement. Une analyse harmonique appropriée est importante. Cela permet de garantir que les systèmes de services publics et de générateurs peuvent gérer la distorsion harmonique. De cette façon, la qualité de l’énergie n’est pas affectée.
Les problèmes liés aux harmoniques deviennent souvent perceptibles lors de la première mise sous tension des VFD. Au début, les problèmes peuvent sembler mineurs et passer inaperçus. Cependant, à mesure que les gens ajoutent davantage de VFD, de moteurs et de systèmes de correction du facteur de puissance, ces problèmes peuvent s'aggraver.
Au fil du temps, les symptômes tels que la surchauffe de l'équipement, les dysfonctionnements et les formes d'onde de tension déformées deviennent plus clairs. Cela montre la nécessité d’une gestion active des harmoniques. Sans intervention appropriée, ces problèmes peuvent entraîner des réparations coûteuses, des temps d'arrêt et même une panne d'équipement.
Installations modernes dotées d'électronique sensible : des emplacements tels que les usines de fabrication de produits pharmaceutiques, les laboratoires de recherche et les installations de traitement chimique sont très sensibles à la distorsion harmonique. Ces sites dépendent de systèmes de contrôle précis.
Ceux-ci incluent des régulateurs de température et des moniteurs électroniques. Même de petits problèmes de qualité d’énergie peuvent entraîner des perturbations opérationnelles. Une alimentation propre et stable est essentielle pour garantir la précision des processus et des mesures.
Installations avec des charges mixtes : les hôpitaux, les aéroports, les centres de télécommunications et les banques ont souvent des charges mixtes. Il s'agit notamment des appareils de diagnostic, des systèmes CVC, de l'éclairage et des ordinateurs.
Lorsque les charges non linéaires prédominent, elles introduisent une distorsion harmonique dans l’alimentation CA, affectant les performances des équipements connectés. Ces installations sont particulièrement exposées à des risques si elles utilisent des générateurs de secours. L'impédance plus élevée de ces systèmes peut aggraver les problèmes d'harmoniques.
Systèmes pilotés par VFD : les VFD attirent par nature des courants non linéaires, qui créent une distorsion harmonique dans le système. Ces courants peuvent entraîner des pointes de tension, en particulier aux bornes du moteur, lorsqu'ils sont associés à de longs câbles d'alimentation.
Les pics de tension peuvent dépasser 1 500 V sur un système 480 V, ce qui met à rude épreuve l'isolation du moteur et accélère l'usure. Pour éviter cela, les ingénieurs ajoutent souvent des réacteurs à charge d'impédance. Il s'agit généralement de 3 ou 5 %. Ils les installent du côté charge du VFD lorsque les câbles du moteur mesurent plus de 110 pieds.
Systèmes connectés à un générateur : les systèmes alimentés par des générateurs de secours nécessitent une planification minutieuse pour gérer les charges non linéaires produites par les VFD. Les alternateurs surdimensionnés, similaires à ceux utilisés dans les systèmes de démarrage progressif, peuvent améliorer les performances du générateur sous de telles charges.
Utiliser des technologies telles que Les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) à 12 impulsions peuvent améliorer le fonctionnement des variateurs de fréquence (VFD) avec les générateurs. Les filtres harmoniques H peuvent également vous aider. Cela se fait en réduisant les effets harmoniques.
Systèmes d'alarme critiques : les systèmes d'alarme, comme les alarmes incendie et antivol, sont sensibles à la distorsion de tension. Cela est particulièrement vrai dans les systèmes AC faibles. Ces harmoniques affectent particulièrement les hôpitaux et les infrastructures critiques qui dépendent des alarmes pour leur sûreté et leur sécurité. La gestion des harmoniques est essentielle pour garantir la fiabilité de ces systèmes.
Pour gérer efficacement les problèmes d'harmoniques, une analyse harmonique doit être effectuée dès le début. Vous pouvez effectuer cette évaluation en collaboration avec le service public ou par l’intermédiaire d’un consultant indépendant en qualité de l’énergie. Il est important de suivre les directives IEEE 519 pour les limites d'harmoniques dans votre installation. Cela permet de garantir la conformité et d'éviter les problèmes.
Vous pouvez utiliserdes compteurs de qualité d'énergiepour surveiller les niveaux d'harmoniques et identifier la distorsion dans les formes d'onde actuelles. Il est essentiel de surveiller l'état des transformateurs secondaires, des générateurs de secours et des composants électroniques sensibles pour détecter les problèmes potentiels avant qu'ils ne s'aggravent.
Pour résoudre les problèmes d'harmoniques existants, les solutions incluent des filtres d'harmoniques actifs, des réactances de ligne et une mise à niveau vers des VFD à 12 ou 18 impulsions. YT Electric conçoit ses filtres actifs pour annuler les courants harmoniques. Cela contribue à améliorer le facteur de puissance et à augmenter l’efficacité globale du système. De plus, les réactances de charge à impédance peuvent réduire les pics de tension et protéger les moteurs contre les problèmes de câbles d'alimentation longs.
Pour les nouvelles installations, les ingénieurs doivent concevoir des systèmes qui tiennent compte de la distorsion harmonique. L'utilisation de redresseurs à 12 ou 18 impulsions est une méthode fiable pour réduire considérablement la distorsion harmonique, garantissant ainsi une stabilité opérationnelle à long terme.
Les solutions avancées de YT Electric offrent une approche fiable pour traiter les harmoniques, améliorer l'efficacité du système électrique et protéger les équipements sensibles.
YT Electric est le plus grand fabricant OEM de AHF basse tension et SVG avec plus de 15 ans d'expérience. Tous les produits sont certifiés selon les normes ISO9001, CE et CQC, et les rapports d'essais de type les soutiennent.
Pour plus d'informations sur la manière dont nos SVG peuvent améliorer la qualité de l'énergie : contactez-nous à sales@ytelect.com.
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