Les fournisseurs de dispositifs de retour d'énergie pour convertisseurs de fréquence rappellent que, dans le contexte actuel du développement industriel en Chine, les convertisseurs de fréquence, composants essentiels des équipements électriques et de puissance, sont de plus en plus utilisés dans la production industrielle. Cependant, la plupart des utilisateurs méconnaissent l'environnement d'installation et les consignes de sécurité relatives aux convertisseurs de fréquence, ce qui engendre des coûts et des risques importants. Maîtriser l'installation et le choix des convertisseurs de fréquence permet aux utilisateurs de réaliser des économies, de réduire les temps d'arrêt et d'améliorer la sécurité des systèmes de commande de mouvement.
Le coût est souvent le facteur déterminant dans le choix de l'emplacement et de la méthode d'installation des onduleurs basse tension. Cependant, privilégier le coût au détriment de décisions essentielles concernant l'installation des convertisseurs de fréquence peut engendrer des coûts d'exploitation plus élevés. Cela augmentera également le risque d'arrêts inattendus et créera des problèmes de sécurité potentiels.
Que l'utilisateur envisage d'installer le convertisseur de fréquence dans une installation neuve ou existante, il convient de prendre en compte au préalable les points suivants relatifs à l'environnement et à la sécurité. Ce n'est qu'après avoir bien compris les risques et les avantages inhérents aux différentes options d'installation que l'utilisateur pourra optimiser les performances du convertisseur de fréquence.
1. Problèmes environnementaux des convertisseurs de fréquence
La température élevée est le principal ennemi de la fiabilité des convertisseurs de fréquence. En cas de gestion inefficace, la chaleur peut s'accumuler à la jonction du transistor de puissance dans la transmission. Ceci peut entraîner la fusion ou la destruction de composants. La surchauffe peut également endommager le module de puissance intelligent du convertisseur de fréquence, ce qui aura un impact sur des centaines de petits composants et assemblages discrets fonctionnant ensemble à l'intérieur du convertisseur.
D'un point de vue environnemental, l'installation d'un convertisseur de fréquence dans un centre de commande de moteurs (CCM) est une solution idéale. La norme UL-845 définit les exigences et les étapes de test pour les centres de commande de moteurs afin de gérer les problèmes de surchauffe dans l'ensemble du CCM. Cela signifie que les fabricants de CCM doivent prouver que le convertisseur de fréquence installé ne sera pas endommagé, et que la chaleur qu'il génère n'endommagera pas les autres équipements du CCM.
Il est toutefois important de noter que la gestion thermique et l'assemblage conformes aux normes UL-845 ne peuvent être assurés que par les fabricants de centres de commande de moteurs (CCM). Même les fabricants d'armoires certifiés UL-508a ne sont pas autorisés à intégrer des convertisseurs de fréquence aux CCM et ne peuvent donc pas maintenir leur inventaire conforme à la norme UL-845. Si un élément du CCM n'est pas répertorié dans la norme UL-845, la liste complète des CCM est invalide.
If a set of frequency converters is installed inside an industrial control cabinet (ICP) instead of an MCC, it will burden the end user with thermal management. If ICP must be sealed, a set of air conditioning equipment is usually required to maintain the internal temperature within the design limit of the frequency converter (or the limit of other ICP components). A general rule of thumb is that a frequency converter will release approximately 3% of the total power flowing through it as heat radiation to its surrounding environment.
When ventilating the ICP, the total air exchange volume at the highest outdoor temperature must be sufficient to maintain the internal temperature within the design limit range of the frequency converter. Moreover, if the circulating external air contains dust or moisture, filters must be used to eliminate pollution. Maintaining faults and regularly replacing filters can cause components to overheat.
For the frequency converter installed in ICP, another key issue related to heat is to leave sufficient clearance around the frequency converter to achieve normal air flow. Each frequency converter design has minimum clearance requirements, including top, bottom, and side to side, which are crucial for cooling internal boards and components. It is often seen that some inexperienced cabinet manufacturers mistakenly assume that slotted cable conduits will not become obstacles, and therefore arrange them too close to the frequency converter. However, it becomes an obstacle to normal air flow and cannot leave enough clearance, which often leads to premature failure of the frequency converter.
Wall mounted inverters are usually equipped with fans that drive air through the enclosure of the inverter to achieve cooling. And also consider other substances that may exist in the surrounding air, including water vapor, engine oil, dust, chemicals, and gas. These substances may enter the frequency converter and cause damage, or cause residue accumulation, thereby reducing cooling efficiency. Preventing obstacles from obstructing air flow is equally important for wall mounted inverters. Certain gases, such as hydrogen sulfide, should be avoided as they can corrode printed circuit boards and connecting components. Moreover, when using certain transmissions, it is necessary to maintain the relative humidity above the minimum value, because if it is too low, static electricity will become a problem when air flows through the components.
This is particularly important for low-voltage inverters that do not use conformal coatings on their circuit boards. For frequency converters with motor models above 400 horsepower, they are already too large to be installed on walls and can only be installed in independent structures that can be fixed on the floor. These cabinet mounted inverters require a separate air channel to cool the heat sink.
Users should understand the inherent risks and benefits of different installation options in order to optimize the performance of the frequency converter.
2、 Appropriate frequency converter safety
When deciding how and where to install a frequency converter, the safety of the arc needs special attention. The most convincing reason for installing a frequency converter in MCC is that its safety is consistent with the overall design of MCC. When installing frequency converters in MCC, all personnel safety issues are related to the entire MCC decision-making process. If MCC is to have arc resistance performance, the cabinet of the frequency converter must also be able to withstand arcs.
In addition to arc flash protection, there are also other personnel safety issues related to MCC installation: in a UL-845 MCC unit, the frequency converter must be in a tested series combination located on the list (which should be executed by the MCC manufacturer), and its level must meet or exceed the MCC short-circuit rating.
As long as the overall specifications of MCC meet the site conditions, this will ensure that every unit within MCC can be proven to be connected to the system. The human-machine interface (HMI) required for users to access the frequency converter is usually moved to the outside of the equipment unit cabinet door in the form of MCC, unless otherwise specified. This means that when operators want to read, adjust, program, or diagnose faults in the frequency converter on their display screen, they do not need to open the equipment unit cabinet door and expose it to safety hazards inside the cabinet.
If installing a frequency converter inside ICP, multiple safety issues also need to be considered. If the user does not require a short-circuit current rating (SCCR) in the procurement instructions, some ICP manufacturers will kindly provide ICPs with a 5kA rating. This means that users cannot connect ICP to power systems with potential fault current (AFC) above 5kA. However, in reality, a 5kA AFC is unlikely to be achieved in industrial applications, especially when using 480V power supply. Moreover, the requirements for arc flash safety and lockout/tagout typically mean that the main circuit breaker of the ICP must be disconnected, and any operation or connection within the ICP must be locked and tagged before proceeding.
It is extremely difficult to manage multiple circuit breaker devices that run through cabinet doors. When a part of the system is shut down and the entire system must also be shut down, ICP is wiser than MCC or a separate frequency converter. Meanwhile, SCCR is also crucial for wall mounted and cabinet mounted frequency converters. If possible, try to purchase the frequency converter in the form of a combination unit, as the main circuit breaker and overcurrent protection device will be integrated into the complete set of frequency converter equipment. This solves the SCCR problem and other electrical safety issues.
Un autre problème lié aux convertisseurs de fréquence de grande taille est leur poids généralement élevé. Par exemple, les techniciens de maintenance utilisent souvent des outils, des grues, voire des chariots élévateurs, ce qui expose le convertisseur et les opérateurs à des risques. La conception d'un châssis utilisant un système de levage spécifique, similaire à celui d'un camion, peut être associée à des rails internes situés sous l'armoire du convertisseur, offrant ainsi une méthode simple et sûre pour le déplacement des composants lourds. L'accessibilité, la sécurité, la facilité de maintenance et la pertinence de l'installation du convertisseur de fréquence auront des répercussions à long terme qui ne seront pas immédiatement apparentes lors des phases de conception et de planification. En comprenant les risques et les avantages inhérents aux différentes options d'installation, les utilisateurs peuvent optimiser les performances du convertisseur tout au long de son cycle de vie, tout en réduisant potentiellement les temps d'arrêt et les risques pour la sécurité.