Variateurs de fréquence CVC : comment en dimensionner un, quels modèles choisir et ce qui vient après

Vous tenez une plaque signalétique de moteur dans une main et un devis de fournisseur dans l'autre, et les deux ne s'alignent évidemment pas. La plupart des guides sur le variateur de fréquence CVC s'arrêtent aux raisons pour lesquelles la vitesse variable permet d'économiser de l'énergie. Celui-ci commence là où ils se terminent : quel variateur convient à votre moteur, ce que le variateur ajoute que vous devez concevoir et quoi acheter lorsque votre modèle sera abandonné.

1. Réponse rapide : ce que fait un VFD dans un système CVC

Un variateur de fréquence fait varier la fréquence et la tension fournies à un moteur à courant alternatif, de sorte que la vitesse du ventilateur ou de la pompe suit la charge réelle de chauffage ou de refroidissement au lieu de fonctionner à fond contre un registre ou une vanne.Sur les ventilateurs et les pompes centrifuges qui fonctionnent à charge partielle la majeure partie de l'année, cela réduit considérablement l'énergie, car la puissance à l'arbre suit le cube de la vitesse.

Cette dernière colonne n'est pas un remplissage. Ces trois éléments déterminent si l'installation durera dix ans ou si vous recevrez un roulement défectueux dans dix-huit mois. La section 6 couvre chacun d’entre eux.

2. Qu'est-ce qu'un VFD et ce qu'il n'est pas

VFD, VSD, onduleur, variateur AC et convertisseur de fréquence nomment généralement le même produit.Onduleur désigne strictement l'étage de sortie CC à CA, mais les fabricants japonais appellent l'ensemble de l'unité de cette façon, les Européens écrivent convertisseur de fréquence, les Nord-Américains disent entraînement CA. Conseil d'approvisionnement : une demande indiquant uniquement « onduleur » peut être interprétée comme un onduleur solaire, attachez donc la plaque signalétique ou un numéro de pièce.

L'alimentation fonctionne dans un sens : entrée CA, redressée en CC, lissée sur le bus CC, reconvertie en CA à fréquence variable par des IGBT sous modulation de largeur d'impulsion. Les condensateurs électrolytiques du bus CC déterminent la durée de vie de l'ensemble de l'unité, et cette durée de vie diminue fortement à mesure que la température interne augmente. Demandez à n'importe quel fournisseur la durée de vie nominale du condensateur et la température ambiante qu'il suppose.

Un simple contrôle V/f est suffisant pour les ventilateurs et les pompes centrifuges. Utilisez le contrôle vectoriel uniquement pour les charges volumétriques nécessitant un couple à faible vitesse, une réponse dynamique rapide ou des limites de couple utilisées comme protection. De nombreux variateurs CVC l’omettent complètement, ce qui vous indique la conclusion de l’industrie.

3. Pourquoi le CVC convient aux VFD et pourquoi vos économies seront inférieures à celles de la brochure

La relation cubique est valable uniquement pour les charges centrifuges à couple variable. Appliquez-le à une pompe volumétrique ou à un compresseur à vis, et l’arithmétique cesse d’être vraie. Les bâtiments ne restent presque jamais à la charge nominale, puisque les équipements sont sélectionnés pour les conditions de pointe, une marge est ajoutée, puis la capacité est réservée aux futurs locataires.

Quatre choses consomment l’économie théorique, par ordre de taille.La hauteur statique vient en premier : si la courbe du système a une intersection statique, comme le fait toute boucle ouverte avec ascenseur, la puissance chute beaucoup plus lentement que ne le suggère la loi du cube, et c'est la principale raison pour laquelle les résultats sur le terrain manquent les chiffres de la brochure. Deuxièmement, des limites de vitesse minimales, car les pompes sont confrontées à des contraintes minimales de débit et de cavitation. Troisièmement, les pertes de conduite, qui augmentent proportionnellement à faible charge. Quatrièmement, le rendement du moteur et le facteur de puissance chutent tous deux à fréquence réduite. Prenez donc le chiffre de la loi d’affinité, puis réduisez-le de la fraction statique de la tête totale. Même après cette correction, un ventilateur ou une pompe fonctionnant de longues heures à charge partielle reste l’un des meilleurs rendements dans un bâtiment.

4. Où les VFD passent-ils dans un système CVC

Trois détails que la table ne peut contenir. Les ventilateurs des tours de refroidissement excitent une résonance structurelle à certaines vitesses, alors programmez des bandes de fréquences ignorées plutôt que de les trouver à travers des soudures fissurées. Les pompes à eau glacée ne peuvent pas ralentir indéfiniment car les circuits de serpentin et l'évaporateur nécessitent un débit minimum. Et sur le contrôle de la pression statique des CTA, la position du capteur limite vos économies avant d'acheter quoi que ce soit.

Les ventilateurs de désenfumage et de sécurité des personnes peuvent fonctionner sur les variateurs, mais les exigences proviennent des codes de prévention des incendies locaux et de l'autorité compétente. Chacun nécessite un mode de tir défini et généralement un contournement, couvert en 6.6. Confirmez auprès de votre AHJ.

5. Comment dimensionner et sélectionner un VFD CVC

5.1 La liste de contrôle en six-étapes

1. Lisez la plaque signalétique et la taille du moteur sur le courant nominal, jamais uniquement sur les kW.Deux moteurs de valeur nominale identique diffèrent en termes de courant de plus de 10 % en fonction de la classe d'efficacité, du nombre de pôles et de la tension, et lors des mises à niveau, la valeur nominale plaquée ne correspond souvent pas à la charge réelle.
2. Mesurer la tension et la fréquence d'alimentation sur siteau lieu de les assumer.
3. Classer la chargecomme couple variable ou couple constant. Voir 5.2.
4. Vérifiez l'exigence de surcharge.Les ventilateurs et les pompes ont rarement besoin de plus qu'une modeste surcharge à court terme, c'est pourquoi il existe des couples variables.
5. Appliquer un déclassement environnemental.Voir 5.4.
6. Décidez de l'interface, analogique ou bus de terrain, avant de choisir une référence. Ajouter une carte de communication ultérieurement coûte plus cher que de la spécifier maintenant.

5.2 Couple variable versus couple constant

Un modèle de variateur comporte deux courants nominaux et le chiffre de couple constant est le plus bas. Les ventilateurs et les pompes CVC utilisent le couple nominal variable. Exceptions : pompes volumétriques, compresseurs à vis et tout ce qui démarre sous charge.

Faire reculer cela coûte de l’argent dans les deux sens. Choisissez le chiffre de couple variable pour une charge à couple constant et le variateur se déclenche en cas de surintensité lors du démarrage ou des oscillations de charge. Choisissez le chiffre de couple constant pour un ventilateur et vous avez payé pour un cadre dont vous n'aviez pas besoin. L'erreur commerciale courante consiste à commander par rapport au nombre le plus élevé dans un tableau de sélection lorsque la charge réelle est un couple constant.

5.3 Tension et fréquence par région

Trois règles. La classe de tension d'entrée doit correspondre à l'alimentation du site, car un variateur tolère bien moins d'écarts qu'un démarreur progressif et se déclenche plutôt que de circuler. Conduire un moteur de 50 Hz à 60 Hz le pousse vers un affaiblissement de champ tandis que la puissance du ventilateur augmente avec le cube de la vitesse, de sorte que la surcharge arrive rapidement sur les projets inter--régions. Et la classe de tension est lisible à partir du code de commande, ce qui permet de vérifier un devis avant son expédition. Notrebibliothèque de modèlesdécode les numéros de pièces par marque.

5.4 Déclassement : température ambiante, altitude, fréquence porteuse

Trois conditions vous poussent à augmenter la taille du cadre. Les variateurs sont généralement évalués à 40 degrés, tandis qu'un panneau fermé dans une salle technique se situe généralement entre 45 et 50 degrés. Le déclassement d'altitude commence généralement au-dessus de 1 000 m. L'augmentation de la fréquence porteuse réduit le bruit audible du moteur mais nécessite un déclassement, et cela interagit avec la longueur du câble et la CEM dans la section 6. Prenez la courbe du manuel de votre numéro de pièce et dimensionnez la ventilation du panneau en fonction de la perte de chaleur publiée.

5.5 Exemple concret : un ventilateur de soufflage de CTA de 22 kW

Donné:Moteur quadripolaire 22 kW, plaque signalétique 42 A, 400 V 50 Hz, panneau mural dans un local technique atteignant 45 degrés, site à 500 m, Modbus RTU requis par le BMS.

1. Un ventilateur d'alimentation centrifuge, donc un couple variable et un contrôle V/f, sont suffisants.
2. Le couple nominal variable continu doit dépasser 42 A avec marge. Rejetez exactement tout modèle évalué à 42 A.
3. La surcharge de couple variable standard est adéquate ici.
4. 45 degrés dépassent la valeur nominale de 40 degrés, donc déclassez-vous selon la courbe du fabricant ; 500 m ne nécessite aucune correction d'altitude. Le déclassement tire le courant utilisable en dessous de 42 A, alors déplacez-vous d'un cadre vers le haut.
5. Modbus RTU est intégré à la plupart des gammes actuelles, donc pas de carte option, mais confirmez par numéro de pièce.

Résultat:un entraînement à couple variable de classe 30 kW, 400 V, avec-Modbus intégré. Les candidats incluent leSiemens SINAMICS G120etABB ACS580 ou ACH580familles.

Envoyez votre photo de plaque signalétique et les conditions du site et nous confirmerons la taille du cadre par rapport aux données de déclassement du fabricant avant de commander.

Demandez un chèque.

6. Les problèmes introduits par un VFD et comment les concevoir

6.1 Tension de l'arbre et cannelures des roulements

Symptôme : défaillance précoce des roulements, motif de planche à laver sur la bague, bruit de fonctionnement changeant. Cause : la tension de mode commun provenant de la commutation PWM pousse le courant à travers la capacité parasite à l'intérieur du moteur, et comme les roulements étanches modernes tombent rarement en panne à cause d'une contamination, l'érosion électrique est devenue l'un des principaux modes de défaillance. Les correctifs sont une bague de mise à la terre de l'arbre, un roulement isolé ou un filtre de sortie. Sur les moteurs plus gros, un anneau de mise à la terre à l'extrémité d'entraînement et un roulement isolé à l'extrémité éloignée interrompent le chemin du courant de circulation au lieu de drainer une extrémité. NEMA MG-1 Part 31 est la référence pour les moteurs à onduleur, et le coût est une fraction d'un rembobinage. Le risque augmente avec la taille du moteur, la longueur du câble et la fréquence porteuse, donc sur un petit ventilateur avec un câble court, vous pouvez l'ignorer.

6.2 Harmoniques

Commencez par le moment où vous pouvez le laisser tranquille : un variateur modeste alimenté par une alimentation dotée d'une grande capacité de transformateur et sans charges parallèles sensibles nécessite rarement un traitement. Lorsque vous le faites, l'échelle va d'une self CC intégrée-à une self de ligne, en passant par des conceptions à 12 impulsions ou à circuit frontal actif, dont le coût augmente considérablement. Et IEEE 519 fixe des limites au point de couplage commun pour l'installation, et non pour une seule unité.

6.3 Longueur du câble moteur et ondes réfléchies

Les temps de montée rapide de la tension se reflètent aux bornes du moteur sur les longs câbles, et l'onde réfléchie s'ajoute à l'onde incidente, stressant les premières spires de l'enroulement. Les limites publiées varient selon la marque, la taille du cadre, le type de câble et le filtrage, alors prenez le chiffre du manuel de votre numéro de pièce. La partie contre-intuitive : le câble blindé permet généralement un trajet plus court que celui non blindé, car sa capacité distribuée est plus élevée. Correctifs en coût croissant : réacteur de sortie, filtre dv/dt, puis filtre sinus.

6.4 Filtres CEM et blindage

La norme CEI 61800-3 définit les catégories C1 à C4, et celle dont vous avez besoin dépend de l'installation et du marché de destination. Terminez les blindages de câbles avec une pince CEM à 360 degrés, jamais torsadée en queue de cochon, l'erreur de site la plus courante. Et sur les fournitures informatiques (non mises à la terre), déconnectez le filtre CEM interne, une étape imprimée dans chaque manuel et ignorée plus souvent que quiconque ne l'admet.

6.5 Disposition du chauffage et des panneaux

Conception du panneau uniquement ici : flux d'air de l'entrée inférieure à la sortie supérieure, dégagements au-dessus et en dessous de chaque unité, empilement de chaleur lorsque les disques sont placés côte à côte et intervalle de nettoyage des filtres. La taille du cadre par rapport à l'environnement appartient à 5,4.

6.6 Mode incendie et contournement

Le mode incendie permet au variateur d'ignorer la plupart des déclenchements de protection et de continuer à fonctionner jusqu'à une panne, de sorte que l'extraction de fumée se poursuit aussi longtemps que physiquement possible. Le bypass met le variateur hors circuit et connecte le moteur sur la ligne, et nécessite un verrouillage des contacteurs afin que les deux sources ne puissent jamais se fermer l'une l'autre. Le bypass est une option, pas un défaut : indiquez-le sur votre commande, car une armoire bypass modifie à la fois le prix et les dimensions du panneau. Ce que votre installation doit avoir est défini par le code local et votre AHJ.

7. Connexion du lecteur à votre BMS

La commande analogique câblée est suffisante si vous avez uniquement besoin de vitesse. Passez à un bus de terrain pour les diagnostics, la mesure de l'énergie, le contrôle de plusieurs-pompes ou un long retour au panneau. Modbus RTU est intégré à presque toutes les gammes actuelles. BACnet MS/TP est standard sur les familles CVC telles que ABB ACH580, et une carte en option sur les familles à usage général, notammentSiemens SINAMICS, Schneider Altivar, Rockwell PowerFlex, Mitsubishi FRetOmron MX2. Confirmez chaque carte d'option par rapport au numéro de pièce.

Cartographiez au moins six points : fréquence de sortie, courant, puissance, tension du bus CC, mot de défaut et heures de fonctionnement. Les trois premiers donnent une comptabilité énergétique, les trois derniers donnent une alerte précoce et des preuves pour une demande de garantie. Si vos commandes reposent sur un automate, notreAPIetIHMles gammes couvrent les mêmes marques.

8. Référence croisée du modèle de lecteur CVC-

Lisez n'importe quel tableau de sélection dans cet ordre : classe de puissance et de tension, puis fonctions CVC, puis communication. La prime CVC achète un contrôle PID et multi-pompes-intégré, un mode incendie, un BACnet, des cartes revêtues et des ensembles de paramètres de ventilateurs et de pompes. Si vous n’en utilisez aucun, un disque à usage général fera l’affaire à moindre coût.

La colonne de droite est tout l’intérêt. Un remplacement échoue rarement parce que le successeur a tort. Cela échoue parce que la découpe ne convient plus, le jeu de paramètres ne sera pas importé, l'ancienne carte de communication ne se branche pas ou le mode de contrôle par défaut diffère de celui attendu par le site. Envoyez l'ancienne plaque signalétique et nous le feronsréférence croisée-par numéro de modèleavant de modifier le design.

9. Mise à niveau, coût et quand ne pas installer un variateur

Sur les équipements existants, l'adéquation du moteur décide de tout : la classe d'isolation, le taux de service de l'onduleur et tout historique de défaillance des roulements. Un moteur plus ancien avec une isolation standard sur un long trajet de câble est la voie classique vers une panne d'enroulement trois mois après la mise en service. Faites signer le travail par un électricien agréé conformément au code local.

Le coût total installé n’est pas le prix du lecteur. Comptez les réacteurs et les filtres, la protection des roulements, la modification du panneau, le câble, le temps de mise en service et la fenêtre d'arrêt. Pour de nombreux travaux, le disque représente moins de la moitié du total, c'est pourquoi la comparaison des prix des disques nus ne vous dit pas grand-chose. Le retour sur investissement correspond au coût différentiel divisé par les économies annuelles. Indiquez donc votre tarif, vos heures de fonctionnement et votre profil de charge plutôt que de citer un chiffre générique. Notrenotes d'application pour le secteur de l'énergiemontrer comment ces hypothèses se comportent sur le terrain.

Quatre cas où la réponse est non : des heures de fonctionnement très courtes, un équipement intégrant déjà une vitesse variable, une charge à couple constant mal spécifiée comme couple variable et un moteur dont l'isolation n'est pas à la hauteur.

10. Mise en service et recherche de pannes

Avant le premier démarrage, définissez les données de la plaque signalétique, la limite de courant, les limites de fréquence, les temps de rampe, le mode de contrôle, la fréquence porteuse, les fréquences sautées, le comportement de redémarrage et l'adresse de communication. Trois d'entre eux sont plus mal réglés que les autres : accélération trop courte (déclenchement par surintensité), décélération trop courte (déclenchement par surtension) et fréquence porteuse augmentée pour plus de silence sans le déclassement de 5,4.

Les ventilateurs et les condensateurs sont des consommables qui méritent d'être remplacés. Une panne du module d'alimentation dans une unité plus ancienne ne se produit généralement pas, et une unité sans pièces de rechange doit être remplacée, ce qui vous ramène à la section 8.

11. Comment trouver le bon lecteur

Posez ces questions à n’importe quel fournisseur avant de comparer les prix.

1. Que couvre la garantie et commence-t-elle à l'expédition ou à la mise en service ?
2. Pouvez-vous tester l'appareil avant l'expédition et envoyer des preuves ?
3. Quelle est la politique de retour pour une unité mal spécifiée ?
4. Soutenirez-vous la sélection en fonction de ma plaque signalétique et des conditions du site ?
5. Quel est le délai de livraison réel à partir du stock que vous détenez ?

Vérifiez ensuite ce qui arrive : plaque signalétique par rapport à l'étiquette du carton, numéro de série traçable, version du micrologiciel indiquée. En cas de fermeture d'une usine, deux semaines supplémentaires de délai de livraison coûtent bien plus cher que l'écart entre les devis, c'est pourquoi la disponibilité dépasse le prix unitaire.

C'est aussi ainsi que nous travaillons.Chentuostocke les disques ABB, Siemens, Schneider, Mitsubishi, Omron et Rockwell à Shenzhen, est expédié sous 48 heures par DHL, FedEx, UPS ou TNT, offre un an de support après-vente et aide à la sélection, à l'installation et aux tests. Tous les noms de marque et numéros de modèle ci-dessus sont des marques commerciales de leurs propriétaires respectifs et apparaissent ici à titre de référence croisée- uniquement.

FAQ

 

 

Mon ancien disque n'est plus produit. Que dois-je commander à la place ?

Envoyez le numéro de modèle complet de la plaque signalétique. La famille du successeur est généralement évidente ; le travail réside dans les différences, les dimensions de sens, la disposition des terminaux, la migration des paramètres et les cartes de communication. Voir la rubrique 8.

De quelle taille de variateur ai-je besoin pour un moteur de 10 CV ?

Regardez le courant sur la plaque signalétique, pas la puissance. Choisissez un variateur dont le couple variable continu dépasse ce chiffre avec marge, puis déclassez-le en fonction de la température ambiante et de l'altitude. Un disque nominal de 10 HP est le point de départ, pas la réponse.

Ai-je besoin d'un variateur spécifique CVC ou un variateur à usage général fonctionnera-t-il ?

Un variateur à usage général fait parfaitement fonctionner un ventilateur ou une pompe. Payez la prime uniquement pour le mode incendie, BACnet, le contrôle multi-pompes ou les panneaux revêtus. Comparez les deux dans notreCatalogue VFD.

Quelle peut être la longueur du câble moteur ?

Cela dépend du modèle de lecteur, de la taille du cadre, du type de câble et du filtrage, alors prenez la limite dans le manuel de votre numéro de pièce. Le câble blindé permet généralement un trajet plus court. Au-delà de cela, ajoutez une self de sortie ou un filtre dv/dt.

Puis-je faire fonctionner un moteur de 50 Hz à 60 Hz ?

Mécaniquement souvent oui, électriquement avec précaution. Au-dessus de la fréquence nominale, le moteur entre en affaiblissement de champ tandis que la puissance du ventilateur augmente avec le cube de la vitesse, de sorte que la surcharge arrive rapidement. Vérifiez d'abord le moteur et l'équipement entraîné.

Quelles certifications le variateur doit-il avoir pour mon marché ?

Cela dépend de la destination, communément CE en Europe, UL ou cUL en Amérique du Nord, EAC pour le marché eurasien. Nous indiquons ce que chaque unité contient par numéro de pièce plutôt qu'une réclamation globale.

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