Les fournisseurs de dispositifs de retour d'énergie pour convertisseurs de fréquence rappellent que, dans le contexte actuel du développement industriel en Chine, les convertisseurs de fréquence, composants essentiels des équipements électriques et de puissance, sont de plus en plus utilisés dans la production industrielle. Cependant, la plupart des utilisateurs méconnaissent l'environnement d'installation et les consignes de sécurité relatives aux convertisseurs de fréquence, ce qui engendre des coûts et des risques importants. Maîtriser l'installation et le choix des convertisseurs de fréquence permet aux utilisateurs de réaliser des économies, de réduire les temps d'arrêt et d'améliorer la sécurité des systèmes de commande de mouvement.
Le coût est souvent le facteur déterminant dans le choix de l'emplacement et de la méthode d'installation des onduleurs basse tension. Cependant, privilégier le coût au détriment de décisions essentielles concernant l'installation des convertisseurs de fréquence peut engendrer des coûts d'exploitation plus élevés. Cela augmentera également le risque d'arrêts inattendus et créera des problèmes de sécurité potentiels.
Que l'utilisateur envisage d'installer le convertisseur de fréquence dans une installation neuve ou existante, il convient de prendre en compte au préalable les points suivants relatifs à l'environnement et à la sécurité. Ce n'est qu'après avoir bien compris les risques et les avantages inhérents aux différentes options d'installation que l'utilisateur pourra optimiser les performances du convertisseur de fréquence.
1. Problèmes environnementaux des convertisseurs de fréquence
La température élevée est le principal ennemi de la fiabilité des convertisseurs de fréquence. En cas de gestion inefficace, la chaleur peut s'accumuler à la jonction du transistor de puissance dans la transmission. Ceci peut entraîner la fusion ou la destruction de composants. La surchauffe peut également endommager le module de puissance intelligent du convertisseur de fréquence, ce qui aura un impact sur des centaines de petits composants et assemblages discrets fonctionnant ensemble à l'intérieur du convertisseur.
D'un point de vue environnemental, l'installation d'un convertisseur de fréquence dans un centre de commande de moteurs (CCM) est une solution idéale. La norme UL-845 définit les exigences et les étapes de test pour les centres de commande de moteurs afin de gérer les problèmes de surchauffe dans l'ensemble du CCM. Cela signifie que les fabricants de CCM doivent prouver que le convertisseur de fréquence installé ne sera pas endommagé, et que la chaleur qu'il génère n'endommagera pas les autres équipements du CCM.
Il est toutefois important de noter que la gestion thermique et l'assemblage conformes aux normes UL-845 ne peuvent être assurés que par les fabricants de centres de commande de moteurs (CCM). Même les fabricants d'armoires certifiés UL-508a ne sont pas autorisés à intégrer des convertisseurs de fréquence aux CCM et ne peuvent donc pas maintenir leur inventaire conforme à la norme UL-845. Si un élément du CCM n'est pas répertorié dans la norme UL-845, la liste complète des CCM est invalide.
Si un ensemble de convertisseurs de fréquence est installé dans une armoire de commande industrielle (ICP) au lieu d'un centre de commande de moteurs (MCC), la gestion thermique incombera à l'utilisateur final. Si l'ICP doit être étanche, un système de climatisation est généralement nécessaire pour maintenir la température interne dans les limites de conception du convertisseur de fréquence (ou celles des autres composants de l'ICP). De manière générale, un convertisseur de fréquence dissipe environ 3 % de la puissance totale qui le traverse sous forme de rayonnement thermique vers son environnement.
Lors de la ventilation du convertisseur ICP, le volume total d'air renouvelé à la température extérieure la plus élevée doit être suffisant pour maintenir la température interne dans la plage de fonctionnement du convertisseur de fréquence. De plus, si l'air extérieur circulant contient de la poussière ou de l'humidité, des filtres doivent être utilisés pour éliminer les polluants. La maintenance des défauts et le remplacement régulier des filtres peuvent entraîner une surchauffe des composants.
Pour le convertisseur de fréquence installé dans un boîtier ICP, un autre point crucial lié à la chaleur est de prévoir un dégagement suffisant autour du convertisseur pour assurer une circulation d'air optimale. Chaque convertisseur de fréquence a des exigences minimales de dégagement, notamment au-dessus, en dessous et latéralement, essentielles au refroidissement des cartes et composants internes. Il arrive fréquemment que certains fabricants de boîtiers inexpérimentés supposent à tort que les goulottes de câbles à fentes ne constituent pas un obstacle et les placent donc trop près du convertisseur. Or, cela entrave la circulation d'air et ne permet pas un dégagement suffisant, ce qui entraîne souvent une défaillance prématurée du convertisseur.
Les onduleurs muraux sont généralement équipés de ventilateurs qui brassent l'air à travers leur boîtier pour assurer leur refroidissement. Il est également important de tenir compte des autres substances présentes dans l'air ambiant, telles que la vapeur d'eau, l'huile moteur, la poussière, les produits chimiques et les gaz. Ces substances peuvent pénétrer dans le convertisseur de fréquence et l'endommager, ou provoquer une accumulation de résidus, réduisant ainsi l'efficacité du refroidissement. Il est tout aussi important d'éviter tout obstacle à la circulation de l'air pour les onduleurs muraux. Certains gaz, comme le sulfure d'hydrogène, sont à proscrire car ils peuvent corroder les circuits imprimés et les composants de connexion. De plus, lors de l'utilisation de certaines transmissions, il est nécessaire de maintenir l'humidité relative au-dessus de la valeur minimale, car une humidité trop faible peut engendrer des problèmes d'électricité statique lors de la circulation de l'air à travers les composants.
Ceci est particulièrement important pour les onduleurs basse tension dont les circuits imprimés ne sont pas recouverts d'un revêtement conforme. Quant aux convertisseurs de fréquence équipés de moteurs de plus de 400 chevaux, leur taille les empêche d'être fixés au mur ; ils doivent être installés dans des châssis indépendants fixés au sol. Ces onduleurs montés en armoire nécessitent un conduit d'air dédié au refroidissement du dissipateur thermique.
Les utilisateurs doivent comprendre les risques et les avantages inhérents aux différentes options d'installation afin d'optimiser les performances du convertisseur de fréquence.
2. Sécurité appropriée du convertisseur de fréquence
Lorsqu'on choisit le mode et l'emplacement d'installation d'un convertisseur de fréquence, la sécurité face aux arcs électriques exige une attention particulière. L'argument le plus convaincant en faveur de l'installation d'un convertisseur de fréquence dans un centre de commande de moteurs (CCM) est que sa sécurité est cohérente avec la conception globale du CCM. Lors de l'installation de convertisseurs de fréquence dans un CCM, toutes les questions de sécurité du personnel sont liées au processus décisionnel global concernant le CCM. Pour qu'un CCM présente une résistance aux arcs électriques, l'armoire du convertisseur de fréquence doit également pouvoir y résister.
Outre la protection contre les arcs électriques, d'autres problèmes de sécurité du personnel sont liés à l'installation des MCC : dans une unité MCC UL-845, le convertisseur de fréquence doit être dans une combinaison en série testée figurant sur la liste (qui doit être exécutée par le fabricant du MCC), et son niveau doit respecter ou dépasser la valeur nominale de court-circuit du MCC.
Tant que les spécifications générales du CCM sont conformes aux conditions du site, la connexion de chaque unité du CCM au système est garantie. L'interface homme-machine (IHM) permettant aux utilisateurs d'accéder au convertisseur de fréquence est généralement située à l'extérieur de la porte de l'armoire de l'équipement, sous la forme du CCM, sauf indication contraire. Ainsi, pour lire, régler, programmer ou diagnostiquer les pannes du convertisseur de fréquence sur leur écran, les opérateurs n'ont pas besoin d'ouvrir la porte de l'armoire et de s'exposer aux risques liés à la présence de matériel à l'intérieur.
Lors de l'installation d'un convertisseur de fréquence à l'intérieur d'un boîtier de commande intégré (ICP), plusieurs aspects de sécurité doivent être pris en compte. Si l'utilisateur n'exige pas de valeur nominale de courant de court-circuit (SCCR) dans les instructions d'achat, certains fabricants d'ICP fournissent des boîtiers avec une valeur nominale de 5 kA. Cela signifie que l'ICP ne peut pas être raccordé à des réseaux électriques dont le courant de défaut potentiel (AFC) dépasse 5 kA. Cependant, en pratique, un AFC de 5 kA est rarement atteint dans les applications industrielles, notamment avec une alimentation de 480 V. De plus, les exigences en matière de sécurité contre les arcs électriques et de consignation/étiquetage impliquent généralement que le disjoncteur principal de l'ICP doit être déconnecté et que toute opération ou connexion à l'intérieur de l'ICP doit être consignée et étiquetée avant toute intervention.
Il est extrêmement difficile de gérer plusieurs disjoncteurs traversant les portes d'une armoire électrique. Lorsqu'une partie du système est mise hors tension et que l'ensemble du système doit également l'être, un disjoncteur intégré (ICP) est plus judicieux qu'un centre de commande de moteurs (MCC) ou un convertisseur de fréquence séparé. Par ailleurs, le régulateur de courant de court-circuit (SCCR) est également crucial pour les convertisseurs de fréquence muraux et en armoire. Dans la mesure du possible, privilégiez l'achat d'un convertisseur de fréquence sous forme d'unité combinée, car le disjoncteur principal et le dispositif de protection contre les surintensités sont alors intégrés. Ceci résout le problème du SCCR et d'autres problèmes de sécurité électrique.
Un autre problème lié aux convertisseurs de fréquence de grande taille est leur poids généralement élevé. Par exemple, les techniciens de maintenance utilisent souvent des outils, des grues, voire des chariots élévateurs, ce qui expose le convertisseur et les opérateurs à des risques. La conception d'un châssis utilisant un système de levage spécifique, similaire à celui d'un camion, peut être associée à des rails internes situés sous l'armoire du convertisseur, offrant ainsi une méthode simple et sûre pour le déplacement des composants lourds. L'accessibilité, la sécurité, la facilité de maintenance et la pertinence de l'installation du convertisseur de fréquence auront des répercussions à long terme qui ne seront pas immédiatement apparentes lors des phases de conception et de planification. En comprenant les risques et les avantages inhérents aux différentes options d'installation, les utilisateurs peuvent optimiser les performances du convertisseur tout au long de son cycle de vie, tout en réduisant potentiellement les temps d'arrêt et les risques pour la sécurité.