Une mise à jour sur les exigences de conception des câbles VFD

Par Mary Gannon | 24 octobre 2018

Les câbles VFD ont dû s'adapter au fil des ans pour répondre aux besoins changeants des moteurs qu'ils font fonctionner. De nouvelles modifications du Code de l'installation électrique faciliteront d'autres mises à jour dans les années à venir.

Contribué par Neal Allen, vice-président de l'ingénierie, HELUKABEL USA

Les VFD sont un variateur de vitesse utilisé dans les systèmes d'entraînement électromécaniques pour contrôler la vitesse et le couple du moteur à courant alternatif en faisant varier la fréquence et la tension d'entrée du moteur. Ils sont utilisés dans des applications allant des petits appareils aux gros compresseurs.

Le secteur des câbles d'entraînement à fréquence variable (VFD) est devenu un marché extrêmement important pour les fabricants de câbles au cours des 20 dernières années. Dans le passé, les moteurs à courant alternatif standard avaient la complexité d'un moteur à cage d'écureuil - il suffit d'être alimenté et il fonctionnerait. Le premier redresseur contrôlé au silicium (SCR) a été développé par Bell Labs/GE en 1958 pour faire varier la vitesse des moteurs électriques à courant continu utilisés dans diverses applications. Depuis lors, nous avons vu la technologie de contrôle de la vitesse des moteurs évoluer de l'intégration à grande échelle (LSI), du thyristor à désactivation de la grille (GTO), de la modulation de largeur d'impulsion (PWM), du transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) et de l'impulsion vectorielle spatiale. modulation de largeur (SVPWM). Ces nouvelles formes de conversion de puissance pour prendre en charge le contrôle de la vitesse dans les moteurs VFD ont également entraîné une modification de la demande sur les câbles, ce qui a conduit à de nombreuses nouvelles options de câbles.

Modifications des codes d'installation électrique

Les directives actuelles de la NFPA exigent une isolation RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHE ou XHHW-2 pour une utilisation à l'intérieur du panneau de commande ou de l'armoire du moteur, mais on s'attend à ce que cette exigence se déplace pour inclure le câble utilisé dans le câblage externe des applications VFD dans les années à venir.

Un nouveau changement est survenu récemment dans la dernière révision de la NFPA que les fabricants de câbles traitent actuellement, ainsi que de nouvelles modifications supplémentaires qui peuvent survenir dans la NFPA 2021.

La mise à jour la plus notable en termes d'adéquation des câbles à l'utilisation VFD selon NFPA 79 (édition 2018) est spécifiquement le chapitre 4 - Conditions générales de fonctionnement. Actuellement, l'interprétation générale de la norme NFPA 2018 actuelle pour le câblage parmi les fabricants de câbles est que le chapitre 4, article 4.4.2.8 - Circuits fournis par l'équipement de conversion de puissance, qui nécessite une isolation RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHE ou XHHW-2 , est destiné à l'intérieur du panneau où le câblage est contenu entre les variateurs et l'équipement de protection (des panneaux) qui peut subir une surcharge inhabituelle et/ou une condition de défaut. La raison derrière cette croyance est que l'exigence n'est pas incluse dans la section qui s'applique au câble pour le câblage externe - Chapitre 12 - Conducteurs, câbles et cordons flexibles.

De nombreux fabricants procèdent à des ajustements de leurs stocks de câbles VFD en prévision d'une éventuelle mise à jour dans trois ans qui nécessite l'utilisation d'isolants RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHW et XHHW-2 pour se conformer au chapitre 12 de la NFPA. pensent que l'exigence de conducteurs thermodurcissables dans les VFD peut être un changement sur le marché plutôt qu'un véritable problème de sécurité puisque les pointes de tension, les surcharges et les courants d'appel peuvent être gérés pendant de longues durées par une isolation thermodurcissable (commune à RHH, RHW, RHW-2 , XHH, XHHW et XHHW-2) sans défaillance prématurée, et serait en outre protégé par le dispositif de protection de circuit utilisé dans le système (disjoncteur ou fusibles).

Certains produits TOPFLEX et TOPSERV de HELUKABEL ont été mis à niveau pour utiliser l'isolation des conducteurs XLPE afin de mieux servir le marché VFD industriel.

L'isolation XLPE et PE offre un réel avantage en termes de capacités nominales inférieures (par opposition à d'autres options d'isolation) pour mieux correspondre à l'impédance du moteur afin d'aider à réduire les problèmes électriques dans le système qui peuvent gaspiller de l'énergie et augmenter le bruit électrique.

Pour répondre à l'exigence de flexion continue des câbles utilisés dans les chaînes porte-câbles, l'utilisation de gaines en polyuréthane (PUR) et d'isolation en élastomère thermoplastique (TPE) s'est avérée être la meilleure option pour les performances et la durée de vie élevée (plus de 10 millions de cycles). Les gaines PUR offrent la plus grande résistance à l'abrasion et aux produits chimiques, et fournissent également une propriété élastique à la gaine qui aide à maintenir les conducteurs du câble ensemble sur une longue durée de flexion avec un alignement uniforme sur la partie extérieure de la chaîne porte-câbles, ce qui empêche le câble de se déplacer (fouet) dans la piste.

Traitement des harmoniques, EMI/EMC Les harmoniques sont une autre question courante qui se pose dans la langue vernaculaire VFD et bon nombre de ces problèmes ont été résolus avec un matériel plus résistant au bruit dans les unités d'entraînement. C'est toujours un problème qui doit être résolu car il pose toujours des problèmes de fiabilité si les précautions appropriées ne sont pas prises lors de l'installation du câble. Les câbles VFD sont blindés avec des tresses en fil de cuivre étamé et des feuilles d'aluminium/Mylar. Cette construction permet au câble d'avoir de très faibles émissions CEM qui lui permettent de se conformer à de nombreuses exigences électriques telles que IEEE 519 et CE. IEEE 519.1 s'applique à la communauté européenne pour aider à réguler les harmoniques dans un système électrique. La préoccupation de CE est davantage orientée vers la santé d'un employé en raison du rayonnement EMI et des effets négatifs de la communication sans fil.

Le résultat d'une EMI/EMC plus faible est que l'énergie dissipée du blindage est transférée au courant dans le blindage par couplage inductif. Plus les câbles sont longs, plus le courant est élevé. Selon la façon dont un système est mis à la terre, ces câbles pourraient permettre au courant de circuler à travers le système au point que la tension potentielle qui est censée être de zéro volt dans une masse d'entraînement n'est pas nulle. Cela modifie la synchronisation du variateur et empêche les moteurs de fonctionner aux vitesses pour lesquelles ils ne sont pas calibrés. La plupart des fabricants de variateurs exigent une couverture de tresse d'au moins 85 % et un système de masse indépendant pour le blindage. Cela permet d'éliminer les problèmes de boucle de masse rencontrés dans les variateurs VFD d'aujourd'hui.

Les changements continus dans la chaîne d'approvisionnement VFD et les produits proposés exigent que l'industrie du câble s'adapte aux nouvelles exigences des clients en termes de performances et de réglementation. Les fournisseurs souhaitent répondre aux besoins des clients en innovant et en testant les nouvelles exigences réglementaires. Comme nous voyons de plus en plus de moteurs électriques remplacer le contrôle de puissance hydraulique et pneumatique dans toutes les industries, il est nécessaire de perfectionner ces produits pour offrir de meilleures options en termes de prix et de performances.

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