Un entraînement de fréquence variable (VFD), également connu sous le nom de convertisseur de vitesse réglable, de convertisseur de fréquence ou de lecteur AC, est un appareil essentiel dans les applications industrielles et commerciales modernes. En tant que fournisseur de VFD de 30 kW, j'ai été témoin de première main l'utilisation généralisée et l'impact significatif de ces appareils sur le réseau électrique. Dans ce blog, j'explorerai les différents aspects de la façon dont un VFD de 30 kW affecte le réseau électrique.
Impacts positifs sur la réseau électrique
Efficacité énergétique
L'un des impacts positifs les plus notables d'un VFD de 30 kW sur le réseau électrique est sa contribution à l'efficacité énergétique. Les moteurs à vitesse fixe traditionnels consomment une quantité constante de puissance quelles que soient les exigences de charge réelles. En revanche, un VFD peut ajuster la vitesse du moteur en fonction de la charge, réduisant la consommation d'énergie lorsque la charge est faible.
Par exemple, dans un système de ventilation, le ventilateur peut ne pas avoir besoin de fonctionner à pleine vitesse tout le temps. En utilisant un VFD de 30 kW, la vitesse du ventilateur peut être diminuée pendant les périodes de faible demande, comme la nuit ou pendant les heures de pointe. Il en résulte moins d'énergie tirée du réseau électrique, conduisant à des économies d'énergie globales. Selon la recherche sur l'industrie, l'utilisation de VFD peut réduire la consommation d'énergie dans les systèmes moteurs à moteur jusqu'à 30 à 60% [1]. Cela profite non seulement aux utilisateurs individuels mais assouplit également le fardeau du réseau électrique, en particulier pendant les périodes de demande de pointe.
Correction du facteur de puissance
Un autre aspect positif est la correction du facteur de puissance. Le facteur de puissance est une mesure de l'efficacité de l'énergie électrique utilisée. Un faible facteur de puissance signifie qu'une partie importante de la puissance électrique est gaspillée sous forme de puissance réactive. La plupart des moteurs industriels ont un facteur de puissance relativement faible, ce qui peut entraîner des problèmes pour le réseau électrique, comme une augmentation des pertes de ligne et une capacité réduite.
Un VFD de 30 kW est conçu pour améliorer le facteur de puissance du moteur qu'il contrôle. En ajustant la forme d'onde de courant d'entrée, le VFD peut rapprocher le facteur de puissance de l'unité (idéalement 1). Cela réduit la quantité de puissance réactive qui traverse le réseau électrique, améliorant l'efficacité globale du réseau et réduisant le besoin d'une capacité de production d'électricité supplémentaire.
Soft - Capacité de démarrage
Les VFD de 30KW offrent une fonction de démarrage souple, qui accélère progressivement la vitesse du moteur au lieu d'appliquer une tension complète et un courant soudainement comme dans le démarrage direct de la ligne. Cette fonction Soft - Start réduit le courant d'intrus, qui peut être plusieurs fois plus élevé que le courant de fonctionnement normal dans les méthodes de démarrage du moteur traditionnelles.
Le courant d'escrus élevé peut provoquer des baisses de tension dans le réseau électrique, affectant d'autres équipements électriques connectés au même réseau. En réduisant le courant d'appel, le VFD de 30 kW aide à maintenir un niveau de tension stable dans le réseau électrique, assurant le fonctionnement fiable d'autres dispositifs électriques.
Impacts négatifs sur la réseau électrique
Distorsion harmonique
L'un des principaux impacts négatifs d'un VFD de 30 kW sur le réseau électrique est la distorsion harmonique. Les VFD utilisent l'électronique d'alimentation pour convertir la puissance AC entrante en CC, puis de retour en AC à une fréquence variable. Ce processus peut introduire des harmoniques, qui sont des multiples de la fréquence fondamentale (généralement 50 ou 60 Hz).
Les harmoniques peuvent causer plusieurs problèmes dans le réseau électrique. Ils peuvent augmenter le chauffage des équipements électriques, tels que les transformateurs et les câbles, réduisant leur durée de vie. Les harmoniques peuvent également interférer avec le fonctionnement normal d'autres dispositifs électriques sensibles, tels que les systèmes de communication et les circuits de contrôle. De plus, des niveaux élevés de distorsion harmonique peuvent entraîner une distorsion de tension dans le réseau électrique, affectant la qualité de l'alimentation électrique.
Pour atténuer la distorsion harmonique, diverses techniques peuvent être utilisées, comme l'utilisation de filtres harmoniques. Il existe différents types de filtres harmoniques, y compris des filtres passifs et des filtres actifs. Les filtres passifs sont relativement simples et coûteux, mais ils sont conçus pour filtrer des harmoniques spécifiques. Les filtres actifs, en revanche, peuvent s'adapter dynamiquement à différentes fréquences harmoniques et sont plus efficaces pour réduire la distorsion harmonique, mais elles sont également plus chères [2].
Interférence électromagnétique (EMI)
Les VFD de 30KW peuvent également générer des interférences électromagnétiques (EMI). Les opérations de commutation de fréquence élevée dans le VFD peuvent produire des champs électromagnétiques qui peuvent interférer avec d'autres dispositifs électroniques à proximité. L'EMI peut provoquer des dysfonctionnements dans des équipements sensibles, tels que les ordinateurs, les capteurs et les dispositifs de communication.
Pour réduire l'EMI, des techniques de blindage et de mise à la terre appropriées doivent être utilisées dans l'installation du VFD de 30 kW. Le VFD doit être installé dans une enceinte bien bordé et les câbles doivent être correctement mis à la terre pour empêcher la fuite des champs électromagnétiques. De plus, les perles de ferrite peuvent être utilisées sur les câbles de puissance et de contrôle pour supprimer le bruit de fréquence élevé.
Stratégies d'atténuation
Filtrage et compensation
Comme mentionné précédemment, les filtres harmoniques sont un moyen efficace de réduire la distorsion harmonique. En plus des filtres passifs et actifs, il existe également des filtres hybrides qui combinent les avantages des deux. Les filtres hybrides peuvent fournir une solution plus complète pour l'atténuation harmonique, en particulier dans les applications où le spectre harmonique est complexe.
Les condensateurs de correction du facteur de puissance peuvent également être utilisés en conjonction avec le VFD de 30 kW pour améliorer encore le facteur de puissance et réduire l'impact sur le réseau électrique. Ces condensateurs peuvent être connectés en parallèle avec la charge pour compenser la puissance réactive.
Installation et mise en service appropriées
Une installation et une mise en service appropriées du VFD de 30 kW sont cruciales pour minimiser ses impacts négatifs sur la résection électrique. Le VFD doit être installé conformément aux instructions du fabricant, y compris la mise à la terre, le dimensionnement des câbles et la ventilation appropriés. Au cours du processus de mise en service, les paramètres VFD doivent être soigneusement définis pour garantir des performances optimales et réduire la distorsion harmonique et l'EMI.
Applications et besoin de 30 kW VFD
Le VFD de 30 kW possède un large éventail d'applications dans diverses industries. Dans l'industrie HVAC (chauffage, ventilation et climatisation), il peut être utilisé pour contrôler la vitesse des ventilateurs et des pompes, offrant un fonctionnement efficace en énergie. Dans l'industrie du traitement de l'eau, les VFD de 30 kW peuvent être utilisés pour contrôler l'écoulement de l'eau dans les pompes, assurant un contrôle précis et des économies d'énergie.
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Références
[1] «Énergie - systèmes moteurs efficaces: un guide pour réaliser des économies d'énergie dans les applications industrielles», International Energy Agency, 2019.
[2] «Harmonics in Power Systems: Principles, Analysis et Filter Design», MH Rashid, CRC Press, 2011.