La nouvelle technologie zeroCM® réduit les courants d'interférence
10/02/2023
Dans l'usine intelligente, les machines et les systèmes sont de plus en plus mis en réseau. Par conséquent, le sujet de la compatibilité électromagnétique (CEM) devient également de plus en plus important. En particulier dans les installations industrielles où des moteurs commandés par des convertisseurs de fréquence sont utilisés, des courants indésirables peuvent se produire de plus en plus souvent sur les câbles de liaison équipotentielle (PA) ou de mise à la terre (PE). Une nouvelle conception de câble innovante de LAPP réduit de manière fiable les courants de fuite et contribue de manière décisive à l'amélioration de la CEM dans les machines et les installations
Aujourd'hui, les moteurs électriques utilisés dans l'automatisation des processus sont exclusivement commandés par des convertisseurs de fréquence. Outre l'avantage de la vitesse variable, ce type de commande offre des améliorations considérables en termes d'efficacité énergétique et de processus. Cependant, en raison de la conception des commandes électriques, des effets secondaires indésirables se produisent et des courants de fuite sont générés. Plus le nombre de composants est important, plus le risque de telles perturbations est élevé. Dans le même temps, les espaces d'installation dans les machines et les systèmes sont de plus en plus réduits. Afin d'éviter des arrêts de production coûteux dans l'usine intelligente, il est donc préférable de prendre en compte le thème de la CEM dès la phase de planification.
Une conception de câble repensée
Dans le cadre du projet de recherche "PEPA" du ministère fédéral allemand de l'économie et de la protection du climat, LAPP vient de démontrer comment les interférences dans les solutions de connexion peuvent être pratiquement éliminées. Outre LAPP, les sociétés SEW-EURODRIVE, BLOCK, Danfoss, MAGNETEC et l'Université technique de Darmstadt participent à ce projet. LAPP dirige le groupe de travail 4 : Couplages entre les câbles voisins et avec les composants de l'installation. Mesures et optimisations de la conception des câbles. L'objectif de ce groupe de travail est de promouvoir la recherche interentreprises sur un sujet complexe du monde de l'automatisation et de la motorisation, dans lequel le choix correct des composants de connexion et leur installation professionnelle sont particulièrement importants.
L'objet de l'étude était la question de savoir pourquoi des courants indésirables se produisent très souvent sur les lignes de compensation de potentiel (PA) ou les lignes de mise à la terre (PE) dans les installations industrielles dans lesquelles des moteurs commandés par convertisseur de fréquence sont utilisés. En raison du signal d’horloge (modulation de largeur d'impulsion), des courants parasites dans la gamme d'environ 3 kHz à 1 MHz sont engendrés, qui s'écoulent via les pièces du boîtier, les conducteurs/réseaux PA/PE et, dans le pire des cas, via le blindage des lignes de données en direction du potentiel de terre ou vers la source. Les courants d'égalisation à haute fréquence d'une amplitude de 10 A ou plus ne sont pas rares. Les conséquences sont des courants élevés inadmissibles sur la terre de protection et donc le déclenchement involontaire des disjoncteurs à courant résiduel (RCD) ou l'altération de la communication des données si, par exemple, les courants d'égalisation circulent sur le blindage en cuivre d'une ligne de données. Ces défauts sont difficiles à trouver car ils ne suivent pas une approche systématique. LAPP s'est donc fixé pour objectif d'étudier les mécanismes de couplage physique dans les câbles de connexion des moteurs et d'en déduire un nouveau type de conception de câble. Le résultat de ce développement est la technologie zeroCM®
La technologie du câble mise à l'épreuve
L'origine de l'innovation était de mettre à l'épreuve le statu quo dans la technologie du câble : les conceptions précédentes avaient tendance à être réduites à de petits diamètres extérieurs et à la symétrie optique. Jusqu'alors, le problème de la CEM était toujours résolu par le blindage. LAPP a adopté une approche différente avec la technologie zeroCM : le câble est visuellement asymétrique, mais une symétrie électromagnétique de 100% est obtenue. Au final, cela signifie qu'il faut moins de blindage.
Le secret de la technologie zeroCM® est une technique de câblage spéciale et innovante : Les trois conducteurs de phase sont disposés symétriquement et toronnés dans une couche interne. Ensuite, au moins un conducteur de protection est toronné dans une couche extérieure avec une direction de toronnage opposée autour des trois conducteurs de phase avec un pas de toronage spécifique.
L'isolation des conducteurs est optimisée en termes de capacité et se compose de polyéthylène, de polypropylène ou d'une variante moussée. Entre la couche intérieure et la couche extérieure se trouve une couche de séparation. Cette conception permet d'obtenir une symétrie électrique parfaite, ce qui réduit le rayonnement magnétique et diminue considérablement les couplages internes. Le premier câble prototype doté d'une nouvelle conception de câble est l'ÖLFLEX® SERVO FD zeroCM. Il est particulièrement adapté à une utilisation en liaison avec des convertisseurs de fréquence.
Essai réussi
L'efficacité du nouveau câble ÖLFLEX® SERVO FD zeroCM a été confirmée dans des installations d'essai chez les partenaires du projet dans le cadre du projet de recherche PEPA. Outre l'étude d'une installation de composants optimisée du point de vue de la CEM, le rôle de la ligne de sortie a été évalué, entre autres. À titre de comparaison, un montage d'essai identique avec un système d'entraînement avec égalisation de potentiel ainsi qu'une ligne de signal parallèle (ProfiNet) ont été sélectionnés. On a comparé un câble standard blindé à isolation PVC, un câble servo à faible capacité, un câble moteur symétrique à trois conducteurs de protection et le nouveau câble zeroCM® à structure optimisée. Les résultats ont été clairs. Les meilleures valeurs en termes de courant de fuite à la sortie du convertisseur ont été obtenues par la conception à faible capacité du câble zeroCM®.
Les courants de fuite générés représentent une charge supplémentaire pour le convertisseur de fréquence et tous les composants impliqués et doivent donc être maintenus aussi bas que possible. En outre, le courant d'interférence circulant via une ligne de signal parallèle a été étudié : Ici aussi, l'utilisation du câble zéroCM® génère des courants d'interférence les plus faibles possibles. Les recherches menées par les partenaires du projet ont également abouti à des recommandations claires pour l'installation optimale des convertisseurs de fréquence du point de vue de la CEM, comme par exemple une liaison équipotentielle continue, à faible impédance et compatible avec les RF, entre le convertisseur de fréquence et le variateur. Le raccordement du blindage avec des fiches compatibles CEM ou le raccordement du blindage plat, comme avec les presse-étoupes CEM SKINTOP® BRUSH utilisés, revêt ici une importance majeure.
Possibilité de longueurs de câble plus importantes
En résumé, la technologie zeroCM® n'élimine pas la cause des interférences CEM, mais elle s'attaque précisément à l'un des points importants où les interférences sont introduites dans l'environnement du système. D'une part, la nouvelle conception des câbles permet de réduire les courants d'égalisation jusqu'à 80 % à la sortie du convertisseur de fréquence et sur les chemins parallèles tels que les lignes de données. D'autre part, la réduction des courants de charge des câbles permet de réduire la charge sur et dans le convertisseur lui-même : Par exemple, il est possible de poser des câbles plus longs sans que le variateur de fréquence ne fonctionne en dehors de ses spécifications (CEM). En outre, la technologie zeroCM® empêche l'apparition de niveaux de tension sur le potentiel terre/terre (tension de terre) du côté du consommateur. Ceci est particulièrement important lorsque, par exemple, une technologie de capteur sensible telle que des encodeurs analogiques est utilisée.
Bien que le nouveau câble puisse sembler peu familier lors du premier montage, le câblage reste aussi simple que d'habitude, l'effort nécessaire est même réduit par rapport aux câbles avec trois conducteurs de terre symétriques. L'objectif de LAPP est maintenant d'équiper un portefeuille avec la technologie zeroCM® ; les produits hybrides sont les prochains.
