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Jul 22, 2023

Protéger les VFD de la surchauffe

(Avec l'aimable autorisation de Jon LaPorta) Rapport du fabricant, avec l'aimable autorisation de Pfannenberg Inc. Les entraînements à fréquence variable sont un sujet brûlant. Les progrès de la technologie VFD et les réductions de prix stimulent un marché rapide

(Avec l'aimable autorisation de Jon LaPorta)

Rapport du fabricant avec l'aimable autorisation de Pfannenberg Inc.

Les variateurs de fréquence sont un sujet brûlant. Les progrès de la technologie VFD et les réductions de prix entraînent une adoption rapide par le marché. Des économies d'énergie considérables peuvent offrir une période de retour sur investissement mesurée en mois, et les VFD permettent un contrôle précis des moteurs dans de nombreuses applications de processus industriels.

Mais les VFD sont également très populaires au sens littéral du terme : l'électronique avancée intègre davantage de composants semi-conducteurs dans un format plus petit, ce qui entraîne une génération de chaleur plus intense. Les températures élevées dégradent les performances, nuisent à la fiabilité opérationnelle et raccourcissent la durée de vie.

Diverses méthodes de refroidissement se sont révélées efficaces, notamment le refroidissement passif par air avec des ventilateurs et des échangeurs de chaleur, et le refroidissement actif avec la climatisation et le refroidissement par eau.

Malheureusement, déterminer la charge de refroidissement peut être un peu déroutant. Les calculs sont inutilement compliqués par une inadéquation des systèmes de mesure. — Unités impériales (HP, BTU, CFM) mélangées avec des unités métriques (Watt) — et la conversion se perd dans la traduction.

C'est pourquoi, chez Pfannenberg, nous avons développé des guides simples pour sélectionner et dimensionner les solutions de refroidissement VFD.

Les boîtiers de protection provoquent une surchauffe

Le défi fondamental du refroidissement des VFD vient du fait que les VFD doivent généralement être placés dans un boîtier pour les protéger de l'environnement immédiat et, paradoxalement, ces boîtiers emprisonnent la chaleur, ce qui nécessite une protection contre la surchauffe.

Les boîtiers de base de type NEMA 12 sont souvent spécifiés pour protéger contre les dangers courants tels que la sédimentation de poussière, les gouttes d'eau et la condensation de liquides non corrosifs. De plus en plus, les technologies avancées dans les nouveaux VFD tels que la fibre optique nécessitent des boîtiers dotés de niveaux de protection plus élevés.

Et avec l'adoption à grande échelle de la technologie VFD, de nombreuses applications nécessitent des boîtiers spécialement conçus pour les environnements difficiles, depuis les boîtiers extérieurs résistants aux intempéries et aux chocs jusqu'aux boîtiers en acier inoxydable hermétiquement scellés pour les installations de production alimentaire qui doivent résister à un nettoyage au jet d'eau. À mesure qu'un boîtier devient plus étanche, il commence naturellement à retenir plus de chaleur, en raison de la diminution de la dissipation passive, créant ainsi un défi de refroidissement plus important.

La taille de l’enceinte compte également beaucoup. Les dimensions typiques des enceintes ont été considérablement réduites ces dernières années, pour s'adapter à des espaces plus restreints et économiser sur le coût de l'enceinte. Dans une grande boîte – imaginez un espace de la taille d’une pièce – la différence de température entre la surface du sol et celle du plafond provoque un léger flux d’air appelé convection naturelle. Plus l’espace est petit, moins les objets peuvent bénéficier de cet effet rafraîchissant. Sans un flux d'air adéquat, un phénomène connu sous le nom de « points chauds » est plus susceptible de se développer à la surface et à l'intérieur des VFD, causant des ravages sur les composants électroniques sensibles.

Le facteur de forme plus petit des VFD et de leurs boîtiers contribue à la surchauffe d'une autre manière : un boîtier plus petit signifie que moins de surface extérieure est disponible pour transmettre la chaleur à l'air ambiant. Tous ces facteurs nécessitent des solutions de refroidissement efficaces et fiables.

Adoption rapide des VFD

Mais d’abord, sortons du cadre et considérons la situation dans son ensemble. L’efficacité énergétique des VFD n’est pas seulement bonne pour les entreprises individuelles, elle est également essentielle pour lutter contre le changement climatique.

Dans le monde, environ un quart de toute l’énergie électrique est utilisée pour alimenter les moteurs des applications industrielles. Aux États-Unis, on estime que 40 millions de moteurs consomment 60 à 65 % de toute l’énergie électrique. Les trois quarts de ces moteurs sont des charges de ventilateurs, de pompes et de compresseurs à couple variable, les types d'applications propices à l'efficacité énergétique offerte par les VFD.

Aujourd'hui, seulement 3 % environ des moteurs à courant alternatif sont contrôlés par des VFD, mais environ 30 à 40 % des nouveaux moteurs installés chaque année sont équipés d'un VFD. Selon un rapport de 2021 de Research Dive, le marché mondial des variateurs de fréquence devrait croître de près de 5 % par an pour atteindre 25 milliards de dollars en 2027.