Guide technique No. 7 - Dimensionnement d’un système d ...

1 Guide technique No. 7 dimensionnement d un syst me d entra nementABB drives2 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 3 Copyright 2012 ABB. Toutes les dispositions,indications et caract ristiques sont susceptibles de modification sansr avis. 3 BFE64494236 REV C FR technique No. 7 dimensionnement d un syst me d entra nement4 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 5 Table des mati resChapitre 1 - Introduction ..7G n ralit s ..7 Chapitre 2 - Syst me d entra nement ..8 Chapitre 3 - Principales tapes de la proc dure de Dimensionnement ..9 Chapitre 4 - Le moteur asynchrone ( ) .. Principes fondamentaux .. Courant moteur .. Plage flux constant .. Zone de d fluxage .. Puissance moteur ..16 Chapitre 5 - Lois l mentaires de la m canique .. Mouvement de rotation .. R ducteurs et moment d inertie.

2 20 Chapitre 6 - Diff rents types de charge ..22 Chapitre 7 - Capacit de charge du moteur ..25 Chapitre 8 - S lectionner le convertisseur de fr quence et le moteur .. Application de pompage/ventilation (exemple) .. Application couple constant (exemple) .. Application puissance constante (exemple) ..31 Chapitre 9 - Transformateur d entr e et redresseur du convertisseur de fr quence .. Redresseur .. Transformateur ..36 Chapitre 10 - Index ..386 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No. 7 Guide technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 7 Chapitre 1 - IntroductionG n ralit sDimensionner un syst me d entra nement n cessite de prendre en compte de tr s nombreux facteurs et de conna tre tous les l ments constitutifs du syst me: r seau lectrique, machine en-tra n e, contraintes d environ-nement, moteurs et variateurs de vitesse , etc. Le temps que vous consacrez bien dimensionner votre syst me d entra nement peut vous faire gagner beaucoup d argent par la Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No.

3 7 Chapitre 2 - Syst me d entra nementUn syst me d entra nement comporte, en g n ral, un trans-formateur d entr e ou une alimentation lectrique, un conver-tisseur de fr quence, un moteur et la charge entra n e. Le convertisseur de fr quence comprend lui-m me un redresseur, un circuit et un Convertisseur de fr quence avec 1) un redresseur,2) un circuit , 3) un onduleur et 4) l alimentation les syst mes multi-entra nements, un redresseur s par est souvent utilis . Les onduleurs sont raccord s directement un circuit Syst me d entra nement avec 1) une section redresseur s par e, 2) un circuit commun, 3) des sections onduleurs et 4) l alimentation technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 9 Dans ce chapitre, nous d crivons les principales tapes du di-mensionnement du moteur et du convertisseur de fr ) V rification des caract ristiques du r seau Pour s lectionner votre convertisseur de fr quence et votre moteur, vous devez conna tre le niveau de la tension r seau (380 V 690 V) et sa fr quence (50 Hz ou 60 Hz).

4 La fr quence du r seau n est pas un facteur de limitation de la plage de vitesse de l ) D termination des caract ristiques de l application Couple de d marrage? Plage de vitesse utilis e? Type de la charge entra n e? Nous d crivons par la suite les types de charge les plus ) S lection du moteur Un moteur lectrique doit tre consid r comme une source de couple. Il doit offrir une bonne tenue aux surcharges et tre capable de fournir un certain niveau de couple. Par exemple, le couple maximum du moteur doit tre environ 30% sup rieur au couple demand par la charge. Par contre, la capacit thermique du moteur ne doit pas tre d pass e. 4) S lection du convertisseur de fr quence Le convertisseur de fr quence est s lectionn en fonction des caract ristiques du r seau et du moteur s lectionn . Il doit pouvoir fournir le courant et la puissance requis. Il faut tirer profit de sa capacit de surcharge pour les cycles 3 - Principales tapes de la proc dure de dimensionnement10 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No.

5 7n min n maxDimensionnementR seauConvertisseurMoteurCharge1) V rifi ez les caract ris-tiques du r seau et de la charge2) Choisissez un moteur selon: - la capacit thermique - la plage de vitesse - le couple au maximum requis3) Choisissez un convertis-seur de fr quence selon: - le type de charge - le courant permanent et maximum - le r seaufN = 50Hz, 60 HzUN = minn maxCchargeCCdn minn maxImaxINn min n maxCdPrincipales tapes de la proc dure de dimensionnementFigure Principales tapes de la proc dure de technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 11C/CChapitre 4 - Le moteur asynchrone ( )Les moteurs asynchrones sont tr s r pandus dans l industrie. Nous d crivons dans ce chapitre leurs principales caract ris-tiques. Principes fondamentauxUn moteur asynchrone convertit l nergie lectrique en nergie m canique. Cette conversion est bas e sur l induction lec-tromagn tique. Du fait du ph nom ne d induction, le moteur asynchrone pr sente un glissement par rapport la vitesse de synchronisme.

6 Le glissement est d fini au point de fonction-nement nominal du moteur (fr quence (fn), vitesse (nn), couple (Cn), tension (Un), courant (In) et puissance (Pn)). Au point de fonctionnement, le glissement est: o ns est la vitesse de synchronisme: Lorsqu un moteur est aliment par un r seau tension et fr -quence constantes, sa courbe de couple a la forme suivante: Figure Courbe type couple/ vitesse d un moteur asynchrone raccord au r seau (d marrage direct). Sur le graphique a) est le couple de d marrage, b) le couple minimum, c) le couple moteur maximum, Cmax et d) le couple nominal du moteur.( )( )12 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No. 7 CoupleVitesseLe moteur asynchrone ( )Le couple maxi d un moteur asynchrone standard (Cmax, ga-lement appel couple de d crochage) est en g n ral 2 3 fois le couple nominal. Le couple maxi est obtenu au glissement smax qui est sup rieur au glissement nominal. Pour obtenir les meilleures performances d un moteur asynchrone, le glissement moteur doit se situer entre - smax et smax.

7 Pour cela, il faut r guler la tension et la fr quence. Cette r gulation peut se faire avec un convertisseur de fr Courbes couple/ vitesse d un moteur asynchrone aliment par un convertisseur de fr quence. Cmax est disponible pour des surcharges transitoires sous le point de d fluxage. Les convertisseurs de fr quence, cependant, limitent en g n ral le couple maximum disponible 70% de Cmax. La plage de fr quence en-dessous de la fr quence nominale est appel e plage flux constant. Au-dessus de la fr quence/ vitesse nominales, le moteur fonctionne dans la zone de d fluxage. Dans celle-ci, il peut fonctionner puissance constante, raison pour laquelle elle est parfois appel e plage puissance couple maxi d un moteur asynchrone est proportionnel au carr du flux magn tique (Cmax ~ 2 ). Cela signifie que le couple maxi est pratiquement constant dans la plage de flux constant. Au-del du point de d fluxage, la diminution du couple maxi est inversement proportionnelle au carr de la fr quence.

8 ( Cmax ~ ) Guide technique No. 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 13,,,,,,,,,,,Plage fl ux constantVITESSEZone de d fl uxageFluxCmaxTensionFigure Couple maxi, tension et flux en fonction de la vitesse Courant moteurLe courant d un moteur asynchrone a deux composantes: le cou-rant r actif (isd) et le courant actif (isq). La composante de courant r actif inclut le courant magn tisant (imagn) alors que le courant actif est la composante de courant qui produit le couple. Les composantes de courants r actif et actif sont courant magn tisant (imagn) reste peu pr s constant dans la plage flux constant (en-dessous du point de d fluxage). Dans la zone de d fluxage, le courant magn tisant diminue propor-tionnellement la courant magn tisant dans la plage flux constant correspond approximativement au courant r actif (isd) au point de fonction-nement du moteur. Figure Le courant statorique (is) est compos du courant r actif (isd) et du courant actif (isq) qui sont perpendiculaires l un par rapport l autre.

9 Le flux statorique est d sign moteur asynchrone ( )14 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No. 7, lorsque * Cn Ccharge * Cmax,,chargeCC,A = 17,8 Plage flux constantEn-dessous du point de d fluxage, les composantes du courant peuvent tre calcul es comme suit: n est l angle de d phasage entre puissance active et r active. Cos ( n) est le facteur de puissance. Le courant moteur total est:On peut voir qu couple moteur nul, la composante de courant actif est nulle. Avec des valeurs de couple proches du nominal, le courant devient environ proportionnel au couple. Le courant moteur total peut tre estim comme suit:Exemple :Le courant nominal d un moteur de 15 kW est 32 A et son facteur de puissance 0,83. Quel est le courant magn tisant du moteur au point de fonctionnement? Quel est le courant total un couple de 120% en-dessous du point de d fluxage?Solution :Au point de fonctionnement, le courant magn tisant est calcul comme suit:La formule d estimation pour le courant moteur total un couple de 120% donne:Cette formule a t utilis e car le couple remplissait la condition 0,8 * Cn Ccharge 0,7 * Cmax( )( )( )( )Le moteur asynchrone ( ) Guide technique No.

10 7 | Dimensionnement d un syst me d entra nement 15,,chargeCC,,chargeCCCchargechargeCCcha rgechargeCCchargeCCCCCC,, Zone de d fluxageAu-dessus du point de d fluxage, les composantes de courant d pendent galement de la vitesse . Le courant moteur total est:Le courant moteur peut tre calcul de mani re relativement pr cise dans une zone de fonctionnement donn e. Le courant moteur devient proportionnel la puissance relative. La formule suivante sert calculer le courant:Le r sultat obtenu peut tre utilis lorsque:et( )( )( )( )( )( )Dans la zone de d fluxage, le courant suppl mentaire requis pour maintenir un certain niveau de couple est proportionnel la vitesse :Le courant nominal du moteur est 71 A. Quelle quantit de cou-rant est n cessaire pour maintenir 100% de couple 1,2 fois la vitesse nominale (Cmax = 3 * Cn)?Solution :Le courant peut tre calcul en utilisant la formule suivante:Le moteur asynchrone ( )16 Dimensionnement d un syst me d entra nement | Guide technique No.