Fonctionnalités macro de gain des micro VFD

Bien que les petits VFD de base existent toujours, il existe plusieurs raisons impérieuses pour les OEM, les amateurs et les autres utilisateurs finaux d'utiliser des micro VFD plus récents et extrêmement performants. Cette fonctionnalité est initialement apparue dans le numéro de juin 2022 du magazine InTech.

Nous avons été témoins de l'effet d'entraînement de la technologie. Des voitures de marque de luxe chères au dernier téléphone mobile chaque année, le modèle haut de gamme a presque toujours des caractéristiques exclusives. Cependant, les consommateurs frugaux et patients - par opposition aux premiers utilisateurs - verront éventuellement ces mêmes technologies devenir disponibles sur des produits à moindre coût. Ce modèle assez universel couvre de nombreuses industries, dont l'automatisation industrielle. Les utilisateurs de variateurs de fréquence AC (VFD) continuent de bénéficier de nouvelles fonctionnalités auparavant disponibles uniquement sur les produits phares.

La vitesse du moteur électrique doit souvent être contrôlée pour les applications impliquant des machines, des pompes et d'autres équipements. À une certaine époque, la seule façon de faire varier la vitesse d'un moteur électrique, tout en maintenant le couple total en dessous de la vitesse de base, était d'utiliser un moteur à courant continu et un entraînement à courant continu. En effet, les premiers VFD CA ne fonctionnaient qu'en mode V/Hz et perdaient du couple proportionnellement à toute diminution en dessous de leur vitesse de base. Cependant, une fois que le VFD CA à vecteur de flux est devenu disponible, 100 % du couple du moteur a pu être produit sur toute la plage de vitesse de zéro à la vitesse de base. Les premiers VFD CA à vecteur de flux ont rencontré plusieurs problèmes. Des gammes de puissance limitées étaient disponibles; les unités étaient grandes et conservées dans une pièce à l'écart des autres équipements ; et les longues longueurs de câble ont causé des problèmes électriques. Il s'agissait également de systèmes d'entraînement coûteux et conçus sur mesure. Finalement, l'effet de ruissellement a commencé à se produire et les VFD à vecteur de flux ont été vendus sous forme de produits emballés pouvant fonctionner pour de nombreuses applications. Les VFD à moindre coût sont restés disponibles pour les applications de base ne nécessitant qu'un simple contrôle V/Hz. Parmi les autres fonctionnalités populaires, citons les capacités de mise en réseau avancées, les fonctionnalités de sécurité telles que l'arrêt sécurisé du couple, le contrôle proportionnel-intégral-dérivé (PID) et même un contrôleur logique programmable (PLC) intégré avec des options d'E/S étendues pour permettre le contrôle du processus ou de la machine en plus du contrôle du moteur.

Il y a quelques années à peine, les VFD les moins chers du marché ne prenaient encore en charge que le contrôle V/Hz et étaient basiques, avec une qualité inférieure pour rester abordables pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) et les amateurs. Encore une fois, l'effet de ruissellement a eu lieu, et de nombreuses fonctionnalités haut de gamme et une qualité de construction améliorée se retrouvent sur les VFD à moindre coût.

Ces nouvelles fonctionnalités peuvent profiter aux utilisateurs de plusieurs manières.Monophasé à triphasé. Un VFD avec une entrée monophasée et une sortie triphasée est une évidence lorsque l'on compare les caractéristiques d'un OEM ou d'un amateur. La plupart des amateurs n'ont pas d'alimentation triphasée disponible dans leurs magasins ou garages, mais ils peuvent avoir besoin de contrôler un moteur triphasé. Pour un équipementier, cette fonctionnalité donne la possibilité de concevoir une connexion électrique monophasée et est susceptible de plaire à davantage de clients, et pas seulement à ceux disposant d'une alimentation triphasée. Bien qu'un VFD ne soit pas un convertisseur de phase, il peut convertir 120 VAC ou 230 VAC monophasé en une sortie triphasée pour le contrôle du moteur. Les avantages de choisir un moteur triphasé plutôt qu'un moteur monophasé sont trop longs à énumérer, mais un meilleur contrôle de la vitesse suffit généralement à convaincre les utilisateurs qu'un moteur triphasé est le meilleur choix.Couple. Le contrôle vectoriel sans capteur permet aux utilisateurs de réduire la vitesse du moteur à des vitesses très faibles sans perdre de couple. Sur un VFD à moindre coût typique avec uniquement une commande V/Hz (également appelée commande scalaire), le moteur perd du couple de sortie proportionnellement à la réduction de vitesse. Par exemple, un moteur de 0,5 ch avec une vitesse de base de 1 725 tr/min et un couple nominal à pleine charge de 1,5 lb-pi à 100 % de vitesse ne fournira que 1,0 lb-pi à 66 % de vitesse. Avec la technologie de contrôle vectoriel sans capteur, il est possible de produire 100 % du couple de sortie du moteur à très basse vitesse. Avant que la technologie vectorielle sans capteur ne soit disponible, les concepteurs pouvaient utiliser un moteur à régime inférieur de la même puissance pour atteindre la vitesse fixe inférieure, ou ils pouvaient utiliser un moteur et un variateur à courant continu. Le premier n'est pas réglable et implique souvent une taille de cadre plus grande, ce qui peut nécessiter des modifications mécaniques plus coûteuses. Ce dernier est robuste mais nécessite une maintenance plus importante, comme le changement de balais, et de nombreux petits variateurs CC sont analogiques et de moindre technologie. Ils n'offrent généralement pas d'options de communication ou de contrôle plus sophistiquées, du moins au même prix.La mise en réseau. La mise en réseau avancée est un bonus pour de nombreuses raisons. De nombreux VFD, même en remontant aux tout premiers disponibles, prenaient en charge une sorte de communication série, mais pouvaient nécessiter des câbles spécialisés. Aujourd'hui, de nombreux VFD prennent généralement en charge les communications Ethernet, de sorte que la configuration du VFD est plus pratique, et si plusieurs VFD sont installés et contrôlés par un automate séparé, ils sont facilement mis en réseau. La capacité des systèmes d'interface homme-machine et de contrôle de supervision et d'acquisition de données à surveiller et à contrôler de nombreux VFD connectés sur un réseau d'usine de fabrication est attrayante pour les utilisateurs finaux et les équipementiers, offrant un fonctionnement avancé et prenant en charge une maintenance proactive pour éviter les pannes.

Il y a peu d'inconvénients techniques à l'utilisation d'un micro VFD dans des applications simples et peu coûteuses. Une bonne règle à suivre est que si vous êtes certain que vous n'aurez jamais besoin d'ajuster la vitesse d'un moteur, n'achetez pas de VFD. Mais s'il y a même une petite chance que la vitesse du moteur doive être ajustée, alors un VFD plus récent, à faible coût et à hautes fonctionnalités devrait être une considération primordiale. Les préoccupations peuvent être la taille supplémentaire d'un VFD par rapport à un contacteur ou un démarreur, mais certains modèles actuels sont de la taille d'une paume et consomment à peu près le même espace qu'un contacteur de moteur et un combo de surcharge (Figure 2). Ces micro VFD disposent d'un API intégré, d'un contrôle PID, d'un contrôle vectoriel sans capteur, d'une prise en charge réseau avancée et d'une extension d'E/S - à un coût comparable à celui d'un contacteur de moteur et d'une combinaison de surcharge - mais avec des avantages supplémentaires et des coûts réduits dans d'autres domaines. Ils sont disponibles regroupés dans un package NEMA 4X adapté aux zones de lavage (Figure 3). Les machines OEM utilisent souvent un petit automate contrôlant un ensemble de démarreur de moteur en ligne. Les conceptions traditionnelles nécessitent généralement une alimentation triphasée, mais de nombreux utilisateurs finaux souhaitent que cette machine fonctionne dans des installations monophasées. Au lieu de créer deux conceptions distinctes, l'OEM pourrait remplacer l'ensemble PLC et démarreur de moteur par un VFD plus récent pouvant accepter une entrée d'alimentation monophasée. Avec cette solution, l'OEM résout le problème ; les coûts sont réduits; et il y a moins de composants et plus de clients potentiels.

Kevin Kakascik est ingénieur marketing technique chez AutomationDirect. Au cours de ses 20 ans de carrière, il a occupé des postes d'ingénierie des contrôles pour des équipementiers de machines, des intégrateurs de systèmes de l'industrie du divertissement et des intégrateurs de systèmes de manutention. Il est titulaire d'un baccalauréat en informatique et en technologie du génie et d'un diplôme d'associé en technologie du génie électrique.

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