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Comprendre les effets des variateurs de vitesse sur les moteurs

Les variateurs permettent aux moteurs de tourner conformément aux exigences du processus, d'économiser de l'énergie et d'améliorer la productivité. Mais en même temps, l'utilisation des variateurs introduit des considérations supplémentaires pour la protection du moteur, telles que :

  • Impulsions de tension à front raide pouvant engendrer des contraintes sur l'isolation de bobinage stator et constituer une source d'étincelles.
  • Hausses de tension à front raide pouvant également entraîner des tensions réfléchies, qui peuvent augmenter la tension aux bornes du moteur jusqu'à 2,5 fois la tension nominale.
  • Tensions et courant en mode commun pouvant entraîner des étincelles dans les roulements du moteur puis la rupture de l'isolation des roulements.
  • Échauffement supérieur de la surface du moteur suite à la réduction de son auto-refroidissement s'il est équipé d'un ventilateur de refroidissement sur arbre et qu'il tourne à faible vitesse.
  • En conditions de surcharge, l'échauffement de la surface du moteur peut être important s'il n'est pas pris en compte dans le dimensionnement et que les courbes de capacité de charge sont dépassées.
Protecting against voltage phenomena
Protecting against bearing currents
Protecting against motor overheating

En raison de la commutation rapide et des réflexions dans les câbles, les moteurs sont soumis à des contraintes de tension plus importantes dans les enroulements alimentés par des convertisseurs de fréquence que par une tension d'alimentation sinusoïdale. Ces tensions peuvent se traduire par une augmentation pouvant atteindre jusqu'à 2,5 fois la tension nominale du moteur. Ces tensions sont sources de contraintes sur l'isolation du bobinage moteur et peuvent entraîner sa rupture et provoquer d'éventuelles étincelles. Recommandations d'ABB :

  • De 500 V à 600 V, le moteur doit être doté d'une isolation de bobinage renforcée, ou le variateur doit être équipé d'un filtre du/dt.
  •  Au-delà de 600 V, le moteur doit être doté d'une isolation de bobinage renforcée et le variateur doit être équipé d'un filtre du/dt.
  • Si la longueur de câble entre le variateur et le moteur est supérieure à 150 mètres et la tension se trouve entre 600 et 690 V, le moteur doit être doté d'une isolation de bobinage renforcée.

Un variateur CA peut provoquer des tensions en mode commun qui induisent des tensions dans les roulements du moteur, entraînant le passage du courant dans les roulements. Pour assurer la protection contre les courants de palier, ABB fait les recommandations suivantes :

  • Les moteurs avec carcasse CEI 280 et supérieure doivent être dotés de roulements isolés côté opposé commande afin d'interrompre la circulation du courant.
  • Pour les moteurs avec carcasse CEI 355 et supérieure, outre les roulements isolés côté opposé commande, le variateur doit également être équipé d'un filtre en mode commun.

Pour protéger le moteur contre la surchauffe, il est essentiel de comprendre et de garder le contrôle de la température du moteur. Le lien entre la vitesse de marche du moteur et la capacité de charge doit être connu (courbes de capacité de charge). Pour garantir un fonctionnement sûr, la combinaison moteur-variateur doit être correctement dimensionnée, de sorte à ne pas dépasser la courbe de capacité de charge. Par ailleurs, les informations de la plaque signalétique doivent être respectées. Pour protéger le moteur contre la surchauffe, ABB recommande les solutions suivantes :

  • Ventilateur séparé à vitesse constante pour augmenter la capacité de refroidissement et de charge à faible vitesse.
  • Mesure directe de la température de surface du moteur et exploitation des données pour commander l'arrêt de ce moteur.
  • Surveillance et contrôle de l'électricité fournie au moteur.
  • Limitation de la charge sur le moteur pour éviter des charges pouvant augmenter sa température.