Les variateurs de fréquence (variateurs de vitesse, VFD, onduleurs) sont indispensables dans les industries et les bâtiments modernes. Ils permettent de réaliser des économies d'énergie et d'optimiser les processus. Cependant, ces appareils électroniques de puissance représentent en même temps l'une des plus grandes sources de pollution électromagnétique dans votre installation électrique.
En l'absence de mesures appropriées, les onduleurs peuvent entraîner des défaillances inexpliquées, des pannes du système de contrôle et une usure accélérée des équipements. En tant que spécialiste de la qualité de l'énergie, nous voyons quotidiennement comment ces composants "inoffensifs" compromettent la fiabilité opérationnelle. Dans cet article, nous analysons les causes techniques des problèmes de CEM dans les variateurs et proposons une solution concrète.
La source : Les onduleurs "découpent" la tension en morceaux (PWM), ce qui entraîne des interférences à haute fréquence (CEM) et une pollution à basse fréquence (harmoniques).
Le risque : Cela peut entraîner des interférences avec les automates programmables, les signaux des capteurs, des dommages aux roulements des moteurs et une surchauffe des transformateurs.
La solution : Il est souvent nécessaire de combiner un câblage correct, une mise à la terre, des filtres et des transformateurs d'isolation.
L'approche : Commencez toujours par une mesure de référence pour déterminer si le problème est dû à un rayonnement ou à une conduction.
Ces informations sont essentielles pour :
Pour comprendre pourquoi les variateurs de vitesse sont à l'origine de pannes, il faut d'abord se pencher sur leur fonctionnement. Un convertisseur de fréquence convertit la tension alternative sinusoïdale du réseau (50 Hz) en courant continu (CC), puis à nouveau en une tension alternative variable pour entraîner le moteur.
Ce dernier processus s'effectue par le biais de la modulation de largeur d'impulsion (MLI). L'onduleur allume et éteint la tension à une vitesse fulgurante (fréquences de commutation de 2 kHz à 16 kHz ou plus).
L'équation : Imaginez un robinet d'eau. Au lieu d'ouvrir le robinet à moitié pour obtenir un débit doux (linéaire), vous l'ouvrez et le fermez complètement 100 fois par seconde. En moyenne, moins d'eau sort, mais les tuyaux s'entrechoquent et vous créez des ondes de pression (transitoires) dans tout le système de tuyauterie.
Il en va de même pour l'électricité. Les moments de commutation rapides des IGBT dans l'onduleur provoquent des pentes de tension abruptes (dU/dt élevé). Il en résulte deux problèmes principaux :
Pourquoi est-ce important pour votre installation ?
L'impact d'une mauvaise CEM (compatibilité électromagnétique) est souvent sous-estimé car les effets ne sont pas toujours immédiatement visibles.
Les problèmes de CEM se manifestent rarement sous la forme d'une étiquette évidente sur un écran. Il s'agit souvent de "défauts fantômes". Soyez attentifs aux symptômes suivants :
Nuance : toutes les pannes ne sont pas des problèmes de CEM. De mauvaises connexions ou un matériel défectueux peuvent ressembler à des interférences. C'est pourquoi les mesures sont essentielles pour un diagnostic correct.
Le problème des onduleurs est double : les harmoniques (basse fréquence) et les interférences électromagnétiques (haute fréquence). Il est essentiel de faire cette distinction, car les solutions sont complètement différentes.
Du côté de l'entrée (réseau), l'onduleur se comporte comme une charge non linéaire. Le redresseur tire le courant non pas sous la forme d'une belle onde sinusoïdale, mais sous la forme de courtes impulsions. Cela crée des harmoniques (multiples de 50 Hz, tels que 250 Hz, 350 Hz).
Du côté de la sortie et à travers les circuits internes, les fréquences se situent dans la gamme des kHz et des MHz.
Courants de mode commun : Il s'agit d'un phénomène courant dans les entraînements. En raison de la capacité parasite du câble du moteur (en particulier sur les câbles longs), des courants à haute fréquence circulent entre les phases et la terre. Si la mise à la terre n'est pas compatible avec les hautes fréquences, ces courants cherchent un autre chemin, par exemple à travers le blindage des câbles de données ou les roulements du moteur.
La résolution des problèmes de CEM nécessite une approche structurée. Nous commençons par les bases (l'installation elle-même), puis nous examinons les ajouts de matériel.
De nombreux problèmes peuvent être attribués aux méthodes d'installation.
Si l'installation de base est en ordre mais que les problèmes persistent, il existe des composants permettant d'améliorer la qualité de l'énergie.
Pour les installations comportant de nombreux entraînements et une contamination harmonique importante :
Vous rencontrez des problèmes vagues et vous soupçonnez les variateurs ? Suivez cette feuille de route :
Le "Pigtail" : le blindage du câble est torsadé pour former un fil et branché sur un bornier. En conséquence, le blindage perd presque complètement son effet à haute fréquence.
Mauvais filtre : un filtre CEM standard ne résout pas les problèmes d'harmoniques, et un filtre d'harmoniques ne résout pas les perturbations CEM (plage de MHz).
Hypothèses sur les normes : "Le variateur porte le marquage CE, il n'interfère donc pas". Un variateur est un composant et non un produit fini. La méthode d'installation détermine si l'ensemble de l'installation est conforme à la directive CEM.
Câbles longs : sous-estimation de la longueur des câbles. Les câbles de moteur longs (>50-100 m) agissent comme un condensateur, ce qui peut entraîner d'énormes pointes de courant et l'arrêt de l'entraînement.
Il n'est pas nécessaire de faire immédiatement appel à un intervenant extérieur pour chaque incident. De simples défauts de câblage ou de mise à la terre peuvent souvent être résolus par votre propre service technique. Cependant, il existe un point de basculement où le fait d'essayer soi-même se transforme en un risque irresponsable.
Faites appel à un spécialiste de la qualité de l'énergie lorsque les signaux suivants se produisent :
Conseil : Vous allez vous agrandir avec de nouveaux éclairages LED, des chargeurs de véhicules électriques ou des panneaux solaires ? Faites réaliser une simulation ou une mesure à titre préventif. L'ajout de ces composants électroniques de puissance peut soudainement rendre instable une installation existante et stable.
Approfondissez le sujet en consultant les pages suivantes :
Les symptômes sont souvent subtils jusqu'à ce que les choses tournent mal. Soyez attentif aux pannes de machines inexpliquées, aux lumières vacillantes, aux câbles qui chauffent ou aux transformateurs qui bourdonnent. De même, si l'électronique (automates, pilotes) tombe en panne plus tôt que ne l'indique sa durée de vie, il y a de fortes chances que la qualité de l'alimentation soit insuffisante. Une mesure de la qualité de l'énergie apporte la réponse.
C'est possible, à condition de disposer d'un analyseur de qualité d'énergie de haute qualité (conforme à la norme CEI 61000-4-30 classe A) et des connaissances nécessaires pour interpréter les données. La collecte de données est facile ; l'analyse de la corrélation entre les événements, les harmoniques et vos processus d'entreprise spécifiques nécessite des connaissances techniques spécialisées. Nous nous ferons un plaisir de vous aider dans cette analyse.
Pas par définition. La norme NEN-EN 50160 décrit les exigences minimales en matière de tension au point de transfert de l'opérateur du réseau. Toutefois, les équipements modernes peuvent être plus sensibles et présenter des dysfonctionnements même si la tension est conforme à cette norme. C'est pourquoi nous allons au-delà de la norme : nous examinons la compatibilité entre votre alimentation électrique et la charge connectée.
Tranquillité d'esprit, certitude et compréhension. Vous obtenez un diagnostic clair de la "santé" de votre installation électrique. Nous identifions la cause des défaillances, ce qui vous permet d'éviter les temps d'arrêt imprévus et de réduire les risques d'incendie ou les pertes d'énergie inutiles. Vous recevez un rapport consultatif concret contenant des points d'amélioration pratiques.
Non, c'est une idée fausse. Un filtre est un outil puissant, mais pas une panacée. Parfois, la solution consiste à modifier les réglages du transformateur, à redistribuer les charges ou à ajuster le câblage. HyTEPS recommande toujours une analyse et une simulation approfondies avant de recommander du matériel, afin d'éviter les investissements inutiles.
Oui, de manière significative. Les onduleurs de panneaux solaires et les pilotes d'éclairage LED sont des charges non linéaires qui produisent des harmoniques et parfois des supra-harmoniques. Cela peut entraîner des interférences avec d'autres équipements ou une surcharge du conducteur neutre. Lors d'une rénovation ou d'une conservation, un contrôle de la qualité de l'énergie est essentiel pour garantir la fiabilité opérationnelle.
Nous appelons ce phénomène "déclenchement intempestif". Souvent, la cause n'est pas la quantité totale de courant, mais la distorsion du courant (harmoniques) ou les courtes pointes de courant que votre équipement de mesure ne détecte pas. Cette contamination peut provoquer un échauffement supplémentaire des protections thermiques ou une confusion des protections électroniques, entraînant leur désactivation à tort. Une mesure spécialisée permet de déterminer exactement la raison pour laquelle une protection réagit.
Pour obtenir une image fiable, nous mesurons généralement au moins une à deux semaines. Cela est nécessaire pour saisir un cycle de fonctionnement complet, y compris les week-ends et les charges de pointe. Pour les pannes aiguës spécifiques, nous pouvons également prendre des mesures à court terme ou déployer un "enregistrement continu de la forme d'onde" pour capturer les transitoires.
Votre installateur est un expert en matière d'installation et de maintenance (le "médecin généraliste"). HyTEPS est le spécialiste (le "médecin de la qualité de l'énergie"). Nous disposons d'équipements de mesure avancés, de logiciels de simulation et d'une connaissance approfondie de l'ingénierie électrique théorique et des réglementations. Nous collaborons souvent avec les installateurs pour résoudre des problèmes complexes qui dépassent les connaissances habituelles.
Après la mesure, vous recevez un rapport contenant des conclusions dans un langage compréhensible ainsi que des détails techniques. Si nécessaire, nous simulons les solutions possibles dans notre logiciel. Ainsi, vous savez exactement à l'avance quel sera l'effet d'une mesure. Nous supervisons ensuite la mise en œuvre et vérifions le résultat par une mesure de suivi.
Vous soupçonnez les variateurs de vitesse d'être à l'origine de défaillances dans votre installation, mais vous n'arrivez pas à mettre le doigt dessus ? N'essayez pas d'utiliser des filtres sans diagnostic. Grâce à des mesures spécialisées, nos ingénieurs peuvent visualiser exactement l'origine de la contamination et déterminer quelle solution - de la mise à la terre au filtre actif - est la plus rentable.
HyTEPS
Beemdstraat 3
5653 MA Eindhoven
