En tant que fournisseur de lecteurs de fréquences variables en trois phases (VFD), j'ai rencontré de nombreuses demandes de renseignements sur le fonctionnement de ces dispositifs sophistiqués dans des environnements corrosifs. Ce sujet est d'une importance capitale car de nombreuses applications industrielles, telles que les usines de traitement chimique, les installations de traitement des eaux usées et les plates-formes pétrolières offshore, exposent l'équipement à des substances hautement corrosives. Comprendre les mécanismes opérationnels et les défis des VFD triphasés dans des conditions aussi difficiles est crucial pour assurer des performances et une longévité fiables.
Principes de base de l'opération VFD triphasée
Avant de plonger dans les spécificités du fonctionnement dans des environnements corrosifs, il est essentiel de saisir les principes fondamentaux d'unVFD en trois phases. Un VFD en trois phases est un dispositif électronique qui contrôle la vitesse d'un moteur CA triphasé en faisant varier la fréquence et la tension fournies au moteur. Il se compose de trois sections principales: le redresseur, le bus DC et l'onduleur.
La section Rectifier convertit la puissance CA triphasée entrante en puissance DC. Ceci est généralement réalisé en utilisant un ensemble de diodes ou de thyristors disposés dans une configuration de pont. La puissance DC est ensuite stockée dans le bus DC, qui se compose de condensateurs qui aident à lisser la tension CC et à fournir une source d'alimentation stable pour l'onduleur.
La section onduleur est responsable de la conversion de la puissance CC en puissance CA triphasée avec une fréquence et une tension variables. Ceci est accompli en utilisant des dispositifs de semi-conducteurs de puissance tels que les transistors bipolaires à l'emporte-parade (IGBT) ou les transistors à effet de champ (MOSFET) à oxyde de métal (MOSFET). En contrôlant la commutation de ces appareils, l'onduleur peut générer une tension et une fréquence de sortie qui correspondent aux exigences du moteur.
Défis dans les environnements corrosifs
Les environnements corrosifs posent plusieurs défis au fonctionnement des VFD en trois phases. La principale préoccupation est la dégradation des composants électroniques en raison de la présence de substances corrosives telles que les acides, les alcalis, les sels et l'humidité. Ces substances peuvent provoquer la corrosion des circuits imprimés (PCB), des connecteurs et d'autres composants métalliques, conduisant à des défaillances électriques, à des courts-circuits et à des performances réduites.
Un autre défi est l'accumulation de poussière, de saleté et d'autres contaminants à la surface du VFD et à l'intérieur de son enceinte. Dans les environnements corrosifs, ces contaminants peuvent réagir avec les substances corrosives pour former des chemins conducteurs, ce qui peut entraîner des interférences électriques et des dommages aux composants électroniques. De plus, la présence d'humidité peut favoriser la croissance des moisissures et des bactéries, qui peuvent davantage dégrader les performances du VFD.
Mesures de protection
Pour garantir le fonctionnement fiable des VFD triphasés dans des environnements corrosifs, plusieurs mesures de protection peuvent être mises en œuvre. Ces mesures peuvent être largement classées en deux types: la protection physique et la protection électrique.
Protection physique
- Conception de l'enceinte: Le VFD doit être logé dans une enceinte appropriée qui offre une protection contre l'entrée de substances corrosives, de poussière et d'humidité. L'enceinte doit être faite d'un matériau résistant à la corrosion tel que l'acier inoxydable ou la fibre de verre et doit avoir un degré élevé de protection contre la création (IP). Par exemple, une enceinte cotée IP66 offre une protection complète contre la péniche de poussière et une protection contre les jets d'eau puissants.
- Revêtement et placage: Les PCB et autres composants métalliques du VFD peuvent être enduits ou plaqués d'un matériau résistant à la corrosion tel que le revêtement conforme ou le placage en nickel. Le revêtement conforme est une fine couche de matériau de protection qui est appliquée au PCB pour empêcher l'entrée d'humidité, de poussière et de substances corrosives. Le placage de nickel est un processus de dépôt d'une couche de nickel à la surface du composant métallique pour fournir une barrière contre la corrosion.
- Filtrage et ventilation: Le boîtier VFD doit être équipé de filtres et de systèmes de ventilation pour empêcher l'accumulation de poussière, de saleté et d'autres contaminants. Les filtres doivent être conçus pour éliminer les particules et les gaz corrosifs de l'air entrant dans l'enceinte. Le système de ventilation doit être conçu pour maintenir une pression positive à l'intérieur de l'enceinte pour empêcher l'entrée de substances corrosives.
Protection électrique
- Protection contre les surtensions: Les environnements corrosifs sont souvent sujets aux surtensions électriques en raison des frappes de foudre, des perturbations de la grille électrique et d'autres facteurs. Le VFD doit être équipé de dispositifs de protection contre les surtensions tels que les varistations d'oxyde métallique (MOV) ou les tubes à décharge de gaz (GDTS) pour protéger les composants électroniques contre les dommages causés par les surtensions électriques.
- Mise à la terre et collage: La mise à la terre et le lien appropriées sont essentielles pour garantir la sécurité et la fiabilité du VFD dans des environnements corrosifs. Le VFD doit être mis à la terre à un système de terre à faible impédance pour empêcher l'accumulation d'électricité statique et pour fournir un chemin pour les défauts électriques. L'enceinte et d'autres composants métalliques du VFD doivent être liés ensemble pour assurer la continuité électrique et empêcher la formation de différences de potentiel électrique.
- Systèmes de surveillance et de diagnostic: Le VFD doit être équipé de systèmes de surveillance et de diagnostic pour détecter et diagnostiquer tout problème potentiel avant de causer des dommages importants. Ces systèmes peuvent surveiller les paramètres tels que la température, la tension, le courant et la fréquence et peuvent fournir des alertes et des avertissements lorsque des conditions anormales sont détectées.
Études de cas
Pour illustrer l'importance des mesures de protection dans des environnements corrosifs, considérons quelques études de cas.
Usine de transformation chimique
Une usine de transformation chimique connaissait des défaillances fréquentes de ses VFD en trois phases en raison de la nature corrosive des produits chimiques utilisés dans le processus de production. Les VFD ont été hébergés dans des enclos standard qui offraient une protection limitée contre l'entrée de substances corrosives. En conséquence, les PCB et autres composants métalliques des VFD ont été corrodés, conduisant à des défaillances électriques et à des performances réduites.
Pour résoudre ce problème, l'usine a remplacé les enclos standard par des enclos en acier inoxydable classé IP66 et a enduit les PCB avec un revêtement conforme. De plus, l'usine a installé un système de filtrage et de ventilation pour empêcher l'accumulation de poussière et de contaminants à l'intérieur des enclos. Ces mesures ont considérablement amélioré la fiabilité des VFD et réduit la fréquence des échecs.
Centre de traitement des eaux usées
Une installation de traitement des eaux usées utilisait des VFD triphasées pour contrôler la vitesse des pompes et des soufflantes dans le processus de traitement. Les VFD étaient situés dans un environnement humide et humide, ce qui était propice à la croissance des moisissures et des bactéries. La présence d'humidité et de moisissure a provoqué la corrosion des PCB et d'autres composants métalliques des VFD, entraînant des défaillances électriques et une réduction des performances.
Pour résoudre ce problème, l'installation a installé un système de déshumidification pour réduire l'humidité à l'intérieur des enclos VFD. De plus, l'installation a enduit les PCB d'un revêtement conforme fongicide pour empêcher la croissance de la moisissure et des bactéries. Ces mesures ont effectivement éliminé les problèmes de corrosion et amélioré la fiabilité des VFD.
Conclusion
En conclusion, l'exploitation d'un VFD triphasé dans un environnement corrosif nécessite une attention particulière aux défis et à la mise en œuvre de mesures de protection appropriées. En comprenant les principes de base du fonctionnement de la VFD, en identifiant les défis potentiels dans les environnements corrosifs et en mettant en œuvre des mesures de protection physique et électrique, il est possible d'assurer les performances et la longévité fiables du VFD.
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Références
- Dorf, RC et Bishop, RH (2016). Systèmes de contrôle modernes. Pearson.
- Mohan, N., Undeland, TM et Robbins, WP (2012). Électronique de puissance: convertisseurs, applications et conception. Wiley.
- Sen, PC (2010). Principes des machines électriques et de l'électronique d'alimentation. Wiley.