Système d'isolation SpiKeGuard™

MESURER LA TENSION DANS LE MOTEUR. Les régulateurs dont la tension d'alimentation est plus élevée, entre 500 et 700 VAC, provoquent des pointes de tension élevées aux bornes du moteur. La hauteur exacte dépend du régulateur, du câble (longueur) utilisé, du moteur et de l'application. Toutefois, c'est la tension qui "voit" le fil d'enroulement, et non la tension aux bornes, qui est le point critique. Les tests sont généralement effectués en tordant deux morceaux de fil et en appliquant la haute tension d'essai d'un fil à l'autre. Bien entendu, cette situation ne devrait jamais se produire dans un moteur s'il est correctement conçu et fabriqué. Les tensions aux bornes du moteur sont distribuées à de nombreux enroulements de fils dans une bobine du moteur, qui sont ensuite distribués (bien que de manière inégale) à de nombreux enroulements dans chaque bobine. L'objectif de la conception est de s'assurer que la tension entre deux fils reste inférieure aux niveaux de sécurité, en tenant compte de leur isolation.

DIFFÉRENTS FILS DE DIFFÉRENTS FABRICANTS. Non seulement les fils sont différents, mais les fabricants introduisent également de nouvelles versions ou générations de fils. Pour compliquer encore le problème, il n'existe pas de normes pour tester ou évaluer les fils ou tout autre composant d'isolation utilisé sur les régulateurs. SPIT travaille en étroite collaboration avec les fabricants de fils pour développer des produits de nouvelle génération afin de s'assurer qu'ils fonctionnent bien avec d'autres matériaux et processus de fabrication. SPIT effectue également ses propres tests pour compléter et vérifier les données fournies par les fabricants de fils.

FOUTEN IN DE EERSTE WINDING. Er is veel discussie over ongelijke spanningsverdeling in de spoelen (of de zogenaamde eerste winding fouten) in door omvormer-gevoede motoren. Uit tests en ervaring van SPIT is gebleken dat dit een non-issue is voor kleine motoren (<IEC280), iets dat ‘kan gebeuren’ maar bijna nooit gebeurt. Zelfs motorstoringen die oorspronkelijk werden toebedeeld aan windingsluiting, blijken vaak andere oorzaken te hebben bij nadere analyse. Bij grotere motoren is het wel een probleem. Hier hebben vrijwel alle gerenommeerde motorfabrikanten manieren om met dit probleem om te gaan. Over het algemeen komen fouten in de eerste winding vooral voor bij regelaars met een lage schakelfrequentie of een soort ‘just-in-time’ schakelpatroon. Hierdoor kan de puls dieper in de spoel doordringen.

POURQUOI CERTAINS FABRICANTS PRÉTENDENT-ILS QUE LES NOUVEAUX TYPES DE FILS APPORTENT DE GRANDES AMÉLIORATIONS ? Comme l'ont montré les tableaux précédents, l'avantage du fil de bobinage "spécial" réside dans les situations où le fil est exposé à de fortes pointes de tension provenant de l'onduleur. Un système d'isolation, s'il est correctement conçu, minimise l'exposition du fil à cette haute tension. Un fil avec une spécification de convertisseur devrait prolonger la durée de vie du moteur lorsqu'il est utilisé sur un convertisseur dans un système d'entraînement. Il devrait également fournir une marge de sécurité. Cependant, il ne doit pas être considéré comme la seule source de protection contre d'éventuelles pointes de tension. Si le remplacement du fil seul entraîne des améliorations significatives de la durée de vie, cela peut être le signe d'un problème plus grave au niveau de la conception fondamentale du moteur et des méthodes de fabrication.

SpiKEGUARD™ Element 2 - Insertion des bobines dans le noyau du stator
Les techniques et processus utilisés pour insérer ou faire glisser le fil de bobinage dans le noyau du stator sont plus importants que le revêtement utilisé sur le fil. Le revêtement ne peut être efficace s'il est endommagé ou entaillé. Il convient d'accorder une attention particulière non seulement à l'équipement et aux procédés utilisés dans la fabrication des moteurs, mais aussi aux compromis réalisés lors de la mise au point de nouveaux revêtements pour les fils. Il faut trouver un équilibre entre la résistance à l'effet corona, la flexibilité et la résistance à l'abrasion.

LES MÉTHODES D'ENROULEMENT. La tension étant répartie sur les enroulements, il est important que l'enroulement soit régulier et que les fils ne se croisent pas de manière aléatoire. Il existe plusieurs façons d'y parvenir, en utilisant différents types de gabarits de bobinage et de cannelures d'insertion des bobines, ou en recourant à des processus de bobinage manuel. Le compromis ici est la position du fil par rapport à l'endommagement du fil. SPIT a sélectionné des gabarits de bobinage et des inséreurs automatiques de haute qualité, construits selon nos spécifications, pour la production de moteurs plus petits. Les moteurs plus importants sont bobinés à la main ou à la machine, en fonction de leur conception. Dans tous les cas, nous veillons à garantir la meilleure qualité possible. Cela inclut une formation spéciale pour le personnel de production impliqué dans le bobinage des moteurs à onduleur.

Certains fabricants utilisent des bobinoirs dits "à fente". Dans cette méthode de bobinage, le fil passe par des "aiguilles" qui le font passer par l'étroite ouverture de la fente, directement dans la fente. Mais le fil doit faire des allers-retours sur toute la longueur du stator et contourner les doigts d'étain à chaque extrémité pour chaque bobinage. Comparez cela à un fil qui se détache en douceur d'une bobine sur un gabarit et qui insère les bobines finies en une seule fois. Il y a des compromis évidents. L'avantage déclaré du bobinage en fente est la possibilité (en théorie) de "positionner automatiquement" ou de superposer le fil dans la fente, en maintenant le début et la fin de la bobine aussi éloignés que possible l'un de l'autre. Comme le fil peut se déplacer librement, les bobines ne sont jamais parfaites dans la pratique. Et comme nous l'avons mentionné, l'enroulement ordonné est l'objectif de toute méthode.

Le fait est qu'il n'existe pas de "meilleure façon" d'emballer les stators dans la production courante. S'il y en avait une, tout le monde l'utiliserait. La clé du succès consiste à choisir une méthode éprouvée, à la concevoir et à la perfectionner. Les résultats parleront d'eux-mêmes.

MATÉRIAUX D'ISOLATION. La meilleure emballeuse ne peut pas compenser des emballages de boîtes de conserve de mauvaise qualité ou une isolation des rainures qui n'est pas adaptée à l'application. SPIT utilise une variété de matériaux d'isolation de haute qualité (films polyester et laminés tels que le mica naturel, DMD, NMN) qui sont spécifiquement adaptés au processus de production et à la classe d'isolation.

SpiKEGUARD™ Element 3 - Isoler toutes les zones critiques

ISOLATION DE LA RAINURE. Il est essentiel que tous les embranchements des bobines soient correctement gainés en fonction de leur emplacement et de la tension à laquelle ils seront exposés. Ces embranchements peuvent être amenés à passer sur des bobines d'autres phases où les différences de tension seront les plus importantes. Il serait erroné de se fier uniquement au revêtement des fils. Pour protéger correctement ces embranchements, il est souvent nécessaire que le tube isolant s'étende de la plaque à bornes jusqu'à (loin) dans la fente du stator.

ISOLATION DE LA PHASE. L'isolation de phase peut être la partie la plus difficile de l'ensemble du processus de bobinage, mais elle est d'une importance cruciale. C'est le seul composant d'isolation spécifiquement conçu pour séparer les bobines et les fils de différentes phases (là où les différences de potentiel sont les plus importantes). Certains fabricants ont réduit cet aspect. Des matériaux plus minces (ou pas d'isolation du tout) ou une isolation de phase mal placée peuvent passer inaperçus dans les moteurs destinés à une basse tension ou à une tension sinusoïdale uniquement. Mais aujourd'hui, de plus en plus de moteurs sont raccordés à un onduleur. Alors que certains fabricants ont appliqué une isolation de phase intermédiaire dans des moteurs qui n'en disposaient pas à l'origine, SPIT s'est efforcé d'améliorer notre isolation de phase, qui a toujours été appliquée par nos soins.

ISOLATION DES CONNEXIONS. Il existe de nombreuses façons de réaliser et d'isoler les connexions entre les embranchements et les bobines. SPIT est toujours à la recherche de méthodes améliorées. Mais pour l'instant, les connexions sont toujours pourvues d'un ruban adhésif ou d'un tube isolant pour les rembourrer et les protéger, ce qui leur confère un niveau élevé de résistance électrique et mécanique. Les joints qui percent l'isolation sont un problème courant avec les moteurs reliés à un variateur, mais aussi un problème dont il ne faut pas s'inquiéter avec les moteurs redessinés par SPIT.

BANDAGE ET BLOCS INTERMÉDIAIRES. SPIT s'assure que les enroulements sont correctement soutenus et fixés, car les moteurs entraînés par onduleur peuvent présenter des modèles de vibration différents de ceux qui sont connectés directement au réseau.

CONSIDÉRATIONS THERMIQUES. En raison des pertes harmoniques, les moteurs commandés par onduleur peuvent chauffer davantage que lorsqu'ils sont alimentés directement par le réseau. Assurez-vous que le système de refroidissement du moteur (souvent le ventilateur et les ailettes) est suffisamment efficace.

SpiKEGUARD™ Element 4 - Imprégnation
Pour être efficace, la laque doit bien pénétrer dans les fentes et entre les fils. Dans les moteurs à fils ronds, la laque remplace l'air autour et entre les fils. Cela réduit la quantité d'air susceptible de s'ioniser ou de se transformer en ozone. Une couche de laque plus épaisse à l'extérieur de la bobine ne signifie pas que la résine a réellement pénétré dans la bobine. Il convient également de s'assurer que la résine choisie est adaptée au type de fil utilisé. Des tests ont montré que certaines résines raccourcissaient la durée de vie des fils compatibles avec les onduleurs, même si elles étaient chimiquement compatibles.

En définitive, SpiKEGUARD™ représente un système d'isolation composé d'éléments de classe F et de classe H de qualité, conçus pour fonctionner ensemble et être correctement mis en œuvre. C'est un système adapté aux onduleurs à plus d'un titre.

DÉFINITIONS

Contrôle : également appelé onduleur ou convertisseur, il s'agit d'un dispositif électronique qui convertit un courant d'entrée alternatif ou continu en une tension ou un courant de sortie alternatif contrôlé (tel que défini dans les différentes normes IEC, NEMA et IEEE).

Corona : décharge d'étincelles produite à proximité d'un conducteur, sans l'échauffer fortement, due à l'ionisation de l'air autour du conducteur, provoquée par un gradient de tension dépassant une certaine valeur critique.

Tension initiale de l'effet couronne: la tension la plus basse ou initiale à laquelle un effet couronne continu se produit.

Entraînement : l'équipement utilisé pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique adaptée au fonctionnement d'une machine. Un variateur est une combinaison d'un convertisseur de puissance (contrôleur), d'un moteur et de tout équipement auxiliaire monté sur le moteur (tel que défini dans les normes IEC, NEMA et IEEE).

dU/dt : littéralement delta (changement de) volts divisé par delta (changement de) temps. Il s'agit de la pente ou de la vitesse à laquelle la tension varie dans le temps d'une impulsion ou d'une forme d'onde. Il est normalement mesuré en volts par microseconde (V/µs). Un variateur IGBT moderne a une valeur comprise entre 6 et 10 kV/µs.

IGBT (isolated gate bipolar transistor): composant semi-conducteur largement utilisé dans l'électronique de puissance, en particulier dans les situations nécessitant un rendement élevé et une commutation rapide. Il combine les caractéristiques simples de commande de grille des transistors à effet de champ à métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) avec la capacité de courant élevé et de faible tension de saturation des transistors bipolaires.

Nanoseconde (ns): Un milliardième de seconde.

Ozone : gaz bleu clair à l'odeur piquante et distincte. Il s'agit d'une forme d'oxygène,03. Ce gaz réagit avec certains composés organiques.

Tension de crête: la valeur de crête instantanée, normalement la valeur de tension maximale.

PWM (modulation de largeur d'impulsion) : Méthode de contrôle qui fait varier la largeur de l'impulsion pour produire une forme d'onde souhaitée.

Temps de montée : l'intervalle de temps du bord d'attaque entre le moment où la valeur atteint une limite inférieure et une limite supérieure spécifiées. Il peut s'agir de 10 % à 90 % (normalement) de la valeur de crête ou de la valeur d'équilibre. Les deux définitions sont utilisées, ce qui entraîne une confusion fréquente. La CEI utilise la valeur d'équilibre. Des valeurs de 50-70 ns (nanosecondes) sont courantes pour les modules IGBT les plus récents ; des valeurs de 200-300 ns se rencontrent encore principalement sur les onduleurs plus anciens.

Pointe de tension : une distorsion (généralement supposée avoir une tension relativement élevée) dans une impulsion de tension de durée relativement courte, superposée à une forme d'onde par ailleurs régulière ou souhaitée.

Comment fonctionne la combinaison onduleur-moteur ?

La version abrégée du fonctionnement d'une commande à fréquence variable PWM en courant alternatif est la suivante. Dans un premier temps, l'onduleur redresse la tension secteur CA en une tension CC. C'est ce qu'on appelle la liaison CC. Ensuite, à l'aide de l'électronique de puissance (transistors ou SCR), la commande produit un flux d'impulsions qui "simulent" la tension et la fréquence souhaitées. L'image de droite montre une tension de ligne sinusoïdale (CA) au-dessus de la sortie de l'onduleur à impulsions, ou CA "simulé". Le nombre et la largeur des impulsions varient ou sont modulés (PWM) de sorte que, si l'on fait la moyenne (RMS) des impulsions, on obtient la même valeur que l'onde sinusoïdale. Notez que les impulsions ont la même hauteur. Cela est vrai parce que la tension continue utilisée par le contrôleur pour créer ces impulsions est presque constante si le courant alternatif vers le contrôleur a une valeur constante.

La cause de cette oscillation peut être expliquée de plusieurs manières. Elle peut être considérée comme la réponse électrique du "circuit" composé de l'inductance, de la résistance et de la capacité du moteur et du câble à l'impulsion. Elle peut également être considérée comme l'interaction des impulsions réfléchies par le moteur et des impulsions provenant du contrôleur. Dans tous les cas, le résultat est une tension de crête environ deux fois plus élevée (souvent même plus élevée) que l'impulsion délivrée par le contrôleur, avec en plus une "oscillation" à haute fréquence.