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Pourquoi et comment choisir un variateur de vitesse (partie 1 de 3)

Cet article sera publié en trois parties. La première parlera des raisons d’ajouter un variateur de vitesse (VDV) et aussi des questions essentielles que l’on doit se poser avant le choix d’un équipement. La deuxième partie abordera en détail les particularités critiques concernant les moteurs et le système, ainsi que du choix du moteur en fonction de l’application avec VDV.

Lorsque la vitesse d’un moteur est contrôlée par VDV, il y a plusieurs facteurs qui doivent être considérés afin d’éviter des problèmes dispendieux et même désastreux lors du démarrage. Il y a beaucoup de facteurs qui peuvent affecter les opérations : le voltage, la puissance, les harmoniques, la charge, la plage de vitesse, la régulation de vitesse & précision, le temps d’accélération / décélération, la survitesse, le freinage dynamique, la perte de voltage en opération, le bruit électrique, la longueur de câble du VDV jusqu’au moteur, l’altitude, l’efficacité, l’isolation du moteur et bien d’autres.

Une des premières choses qui doit être claire lorsque nous regardons une application : à savoir pourquoi on veut faire ce changement ou cet ajout… Le but premier est de fournir une solution à un problème ou un besoin. Lorsqu’on est en présence avec des applications complexes, il est important de discuter avec des personnes impliquées à tous les niveaux, c’est-à-dire avec des gens de l’entretien, des opérateurs, des ingénieurs et aussi des gestionnaires ! Il existe plusieurs avantages à consulter nombre d’intervenants dans la résolution de problèmes puisqu’on peut améliorer la problématique sur plusieurs niveaux :

• Amélioration de la qualité des produits.
• Augmentation de la capacité de production.
• Amélioration de la fiabilité du système en entier.
• Capacité de démarrage répétitif.
• Moins d’impact sur le système mécanique.
• Moins d’impact sur le système électrique – démarrage souple.
• Réduction des coûts d’opération – économie d’énergie.
• Intégration de modifications futures avec le système complet de l’usine.
 

Le but étant clair pour tous, il est important d’amasser le plus d’informations techniques possible concernant l’application spécifique pour choisir le bon équipement :

• Équipement entraîné (pompe, convoyeur, ventilateur, extrudeuse, etc.
• Quel est le type de charge (couple variable, constant, HP constant, etc. ?
• Est-ce que le VDV est utilisé pour remplacer un vieux contrôleur de vitesse en DC, AC, rotor bobiné, banque de résistance, variateur mécanique, etc. ? Si oui, quel est l’équipement utilisé et ses caractéristiques ? Cela sera utile si toutes les données de la charge ne sont pas disponibles pour choisir un équipement du courant continu (DC) au courant alternatif (AC).
• Quelles sont les caractéristiques techniques du moteur ? HP, boîtier, courant pleine charge (FLA) et démarrage (LRA), couple de décrochage (BDT) et démarrage (LRT), température au stator et roulements ; rencontre-t-il NEMA MG1, partie 31 pour son système d’isolation, etc…
• Quel est le couple requis en moyenne dans l’application en lb*ft (si constant) ?
• Quel est le profil de la courbe de charge ? Le type de courbe influencera la sélection du VDV, alors il est important d’obtenir cette courbe ou le plus d’informations possible concernant la charge. Des courbes de ventilateur, de broyeur, d’extrudeuse, de pompe à eau usée ou mixeur sont bien différentes les unes des autres. Une compréhension de l’application et de la charge est cruciale afin de sélectionner adéquatement un équipement de remplacement ou ajouter un VDV.
• Quelles sont les limitations pour la basse et haute vitesse ? Certaines applications comme les pompes submersibles peuvent avoir des vitesses minimum d’opération. D’autres charges peuvent avoir aussi des limitations sur la vitesse maximale comme un ventilateur car la charge augmente exponentiellement.
• Quelles sont les variations (plage) & la précision de vitesse requise ? À titre d’exemple, un bon moteur devrait être capable de faire un ratio de 20 : 1 sans aucune ventilation forcée avec un moteur standard (tablette) en couple constant.
• Avez-vous besoin de contrôler le couple pendant l’opération ?
• Quel est le couple de démarrage requis ? Pour combien de temps ?
• Quel est le cycle de départ et d’arrêt ? Cela est important pour s’assurer d’éviter une surchauffe au niveau du rotor… et spécialement dépendant de la méthode de démarrage et des performances requises. Combien de démarrage à l’heure ? Combien de cycle départ / arrêt / pause ?
• Quel est le temps d’accélération ou distance requis ?
• Quel est le temps de décélération ou de distance de freinage requis ?
• Y a-t-il de la régénération dans cette application ?
• Quelle est la charge d’inertie de l’application ? Cela doit prendre en ligne de compte le ratio poulies et courroies, boîte d’engrenage, etc… car cela affecte le temps d’accélération et aussi la sélection du variateur dans le cas de haute inertie qui pourrait être très long à démarrer comme une centrifugeuse.
• Avez-vous besoin de maintenir le couple à vitesse 0 rpm ?
• Devez-vous avoir un frein mécanique ?
• Est-ce que l’application requiert un partage de charge ? Si c’est le cas, est-ce qu’on peut utiliser un seul VDV pour les deux moteurs ?
• Comment le VDV sera-t-il contrôlé ? (ex: 4-20 mA, 0-10 V, -10 V + 10V, 110 volts, potentiomètre, manette, vitesse pré-ajustée, PLC, protocoles de communication comme DeviceNet, ModBus, Ethernet, Remote IO, etc…)
• Comment le VDV doit-il arrêter en cas d’urgence ? Devez-vous décélérer graduellement ou arrêter le plus rapidement possible ?
• Quel type de boîtier avez-vous besoin ? Est-ce un environnement poussiéreux, humide, en haute altitude, température ambiante, etc…
• Quels sont les accessoires requis ? (sectionneur, contacteur, inductance entrée ou sortie, entrée de câble par le dessus ou dessous, filtre harmonique, etc…)
• Y a-t-il des contrôles spéciaux requis ? (boucle PID, PLC, interface, partage de charge, VDV maître / esclave, un VDV contrôlant plusieurs moteurs, etc...)

Comme vous pouvez le constater, il y a plusieurs questions que l’on se doit de poser, mais celles-ci sont de routine pour un fournisseur d’expérience afin d’effectuer une modification ou ajout de VDV dans votre application. Tous les autres éléments clé feront d’ailleurs l’objet des autres chroniques à venir…

Jean-François Allard
Ingénieur d’application pour Toshiba
Division Industrielle – Moteurs et Variateurs
(514) 773-9677
jeanfrancois.allard@tic.toshiba.com