Choix des câbles pour variateurs de fréquence: réduction des interférences dans les systèmes d'entraînement de moteurs

Rien n’est plus important que les performances du moteur dans l’automatisation industrielle. C’est pourquoi le choix du câble est crucial. Un choix judicieux peut faire toute la différence, en particulier pour les variateurs de fréquence (VFD). 

Voici comment choisir le câblage et les câbles dont vous avez besoin pour une transmission de puissance optimale des VFD.

L’importance des câbles pour VFD

Les VFD sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour contrôler la vitesse et le couple d’un moteur électrique. Comme leur nom l’indique, ces VFD permettent de faire varier la fréquence et la tension d’alimentation fournies au moteur. Les VFD permettent des réglages précis et une automatisation économe en énergie dans les applications industrielles. 

Comment fonctionne un VFD ? Il utilise un redresseur pour convertir l’alimentation CA standard (généralement comprise entre 50 et 60 Hz) en courant continu (CC). Ensuite, à l’aide d’un onduleur, le VFD reconvertit le courant continu en courant alternatif à une fréquence et une tension contrôlables. Les variateurs de fréquence sont utilisés pour régler la vitesse du moteur : des fréquences plus basses entraînent une rotation plus lente, tandis que des fréquences plus élevées se traduisent par une rotation plus rapide. 

Les variateurs de fréquence présentent plusieurs avantages, dont beaucoup sont liés aux coûts. Un meilleur contrôle des processus améliore l’efficacité opérationnelle. Le démarrage progressif des moteurs et la réduction des contraintes mécaniques prolongent la durée de vie globale des équipements et préviennent l’usure. Les variateurs de fréquence permettent également d’ajuster la puissance en fonction de la demande, ce qui contribue à réduire la consommation d’énergie et les coûts associés.

Quels secteurs d’activité ont recours aux variateurs de fréquence ? Ils sont utilisés dans l’ensemble du domaine de l’automatisation industrielle, notamment dans les convoyeurs, les pompes et les bras robotiques, pour faciliter la fabrication et la transformation. Les variateurs de fréquence sont également utilisés dans les systèmes de CVC et les pompes de traitement de l’eau, ainsi que dans les compresseurs et les systèmes d’aération. 

Les variateurs de fréquence génèrent des parasites électriques à haute fréquence ; il est donc essentiel de choisir des câbles adaptés afin de minimiser les interférences et de protéger vos systèmes.

Les câbles pour variateurs de fréquence (VFD) sont des câbles d’alimentation spécialisés, spécialement conçus pour leur fonction principale: relier les variateurs de fréquence aux moteurs électriques. Ces câbles sont conçus pour gérer les pics de tension à haute fréquence, les interférences électromagnétiques (EMI) et la distorsion harmonique bien mieux que les câbles d’alimentation standard.

Les interférences électromagnétiques (EMI) sont assez courantes dans les systèmes d’entraînement de moteurs et peuvent avoir un impact considérable sur les performances, le rendement et la longévité du système. Les câbles pour variateurs de fréquence vous aident à maintenir un contrôle fiable des moteurs, à réduire les temps d’arrêt et à garantir la conformité de vos équipements aux normes industrielles essentielles. 

Éléments à prendre en compte pour les câbles pour variateurs de fréquence dans les systèmes d’entraînement de moteurs

Un câble pour variateur de fréquence est un câble d’alimentation spécialisé qui relie les variateurs aux moteurs, en transmettant les signaux électriques et en contribuant à la gestion du flux de puissance. Ces câbles protègent contre le bruit électrique et garantissent un fonctionnement fluide de vos équipements. 

De nombreux éléments importants doivent être pris en compte lors du choix d’un câble pour variateur de fréquence.

Blindage des câbles

Le blindage est essentiel pour prévenir les interférences électromagnétiques (EMI) et réduire le bruit dans les applications à variateur de fréquence. Il existe de nombreux types de blindage parmi lesquels choisir: les blindages en feuille, les blindages tressés et les combinaisons de ces deux types. 

• Blindages en feuille: idéaux pour les interférences électromagnétiques à haute fréquence, ces blindages consistent en une fine couche de feuille d’aluminium enroulée autour des conducteurs du câble et sont souvent associés à un fil de drainage pour la mise à la terre. Ils conviennent parfaitement aux environnements contrôlés soumis à de faibles contraintes physiques, car ils peuvent se rompre s’ils sont déplacés ou pliés. 
• Blindages tressés: Idéaux pour les interférences électromagnétiques à basse fréquence et offrant une grande résistance mécanique, les blindages tressés sont constitués d’un maillage tissé plus épais, en fils de cuivre ou de cuivre étamé, entourant les conducteurs. Ils offrent à la fois un blindage électrique et une résistance mécanique adaptée aux environnements soumis à de fortes vibrations et à des mouvements importants. 
• Blindages combinés: Les blindages combinés peuvent constituer un bon choix pour bénéficier du meilleur des deux mondes : un blindage à la fois contre les hautes et les basses fréquences. Ces blindages sont particulièrement adaptés aux environnements fortement exposés aux interférences électromagnétiques et aux applications électroniques sensibles. Ils sont plus coûteux que les blindages en feuille, mais peuvent offrir des avantages significatifs pour une application bien ciblée.

Tension nominale

Comme pour de nombreux types de câbles, des niveaux de tension s’appliquent. Les câbles pour variateurs de fréquence étant soumis à des contraintes électriques élevées dues aux interférences électromagnétiques et aux fluctuations, il est essentiel de choisir la tension nominale et le type d’isolation adaptés à votre application. 

Les câbles pour variateurs de fréquence peuvent supporter une gamme de différents niveaux de tension, allant de 600 V à 2 000 V (et au-delà dans certains cas). Il est important de tenir compte de la tension de fonctionnement du moteur lors de votre choix. En règle générale, sélectionnez un câble pour variateur de fréquence dont la tension nominale est supérieure d’au moins 25 % à la tension de fonctionnement du moteur afin de garantir qu’il puisse résister à d’éventuels pics de tension. 

• Systèmes à variateur de fréquence basse tension (≤ 600 V): couramment utilisés dans les petits moteurs, les convoyeurs et les systèmes CVC
• Systèmes VFD moyenne tension (600 V – 2 000 V): De nombreuses applications d’automatisation industrielle relèvent de la plage de moyenne tension, telles que les systèmes de fabrication et de pompage. 
• Systèmes VFD haute tension (2 000 V et plus): Ce niveau de tension est utilisé dans les applications les plus exigeantes : exploitation minière, pétrole, gaz et fabrication à grande échelle.

Type d’isolation

L’isolation assure une protection essentielle des câbles face à des contraintes électriques élevées, des environnements hostiles et des variations de température. Cela signifie que le matériau d’isolation doit offrir à la fois une rigidité diélectrique et une résistance thermique. 

• PVC (polychlorure de vinyle): Idéal pour les applications VFD à faible charge (≤ 600 V). L’isolation en PVC est généralement une solution abordable et flexible qui offre une certaine résistance aux huiles et aux produits chimiques, mais une résistance thermique plus faible. 
• XLPE (polyéthylène réticulé): Idéal pour les variateurs de fréquence à moyenne et haute tension (600 V à 2 000 V). Le XLPE offre résistance mécanique et résistance thermique tout en réduisant le bruit électrique. C’est généralement l’isolation la plus couramment utilisée pour les câbles de variateurs de fréquence. 
• EPR (caoutchouc éthylène-propylène): L’EPR est un bon choix pour les environnements les plus extrêmes et les applications nécessitant une grande flexibilité. Il offre une excellente stabilité thermique et une excellente résistance chimique.

Matériaux des conducteurs de câbles

Le choix du matériau du conducteur est primordial. Il a un impact direct sur les performances, la flexibilité et le coût du câble. Deux options s’offrent à vous : le cuivre ou l’aluminium.

• Cuivre: Souple et durable, le cuivre est un excellent choix pour les applications nécessitant une conductivité élevée. Il résiste à la corrosion et offre une excellente transmission de puissance. Il peut être plus lourd et plus coûteux ; il est donc important de choisir le conducteur adapté à vos besoins spécifiques. 
• Aluminium: L’aluminium est le choix le plus économique et le plus léger. Il facilite l’isolation. L’aluminium est plus sensible à l’oxydation et nécessite donc un traitement anticorrosion. Sa conductivité est également inférieure ; vous aurez donc besoin d’une section plus importante pour transporter le même courant.

En règle générale, le cuivre est le matériau de prédilection pour les câbles de variateurs de fréquence. L’aluminium est un bon choix pour les applications à grande échelle où le coût et le poids sont des critères importants, mais il nécessite un calibre plus élevé.

Considérations relatives à la section des câbles

La section des câbles est un autre critère important à prendre en compte lors du choix d’un câble pour variateur de fréquence. C’est essentiel pour minimiser les chutes de tension sur de longues distances, réduire la surchauffe et les pertes de puissance, et garantir un fonctionnement efficace du moteur. 

Vous devrez examiner la puissance de votre moteur et la charge de courant pour choisir le calibre approprié. Les moteurs plus puissants nécessiteront des câbles plus épais pour supporter un courant plus élevé. Le calibre est également un facteur à prendre en compte lorsque l’on considère la distance entre le variateur et le moteur. Plus la longueur de câble est importante, plus la section doit être grande pour éviter les chutes de tension.

• ≤ 50 pieds (courtes distances): section standard adaptée à la puissance nominale du moteur.
• 50 à 150 pieds (distances moyennes): 1 à 2 tailles supérieures à la section standard.
• Plus de 150 pieds (longues distances): jusqu’à 2 à 3 tailles supérieures pour minimiser la chute de tension.

Lors du choix d’une section de câble, il est souvent préférable d’opter pour une section plus importante. Une section plus importante (autrement dit, une section correspondant à un numéro AWG plus faible) offrira une meilleure transmission de puissance et une plus grande fiabilité.

Choisir le câble de variateur de fréquence adapté à l’application

Si vous êtes prêt à choisir le câble de variateur de fréquence idéal pour votre application spécifique, il est important de prendre en compte tous les facteurs : les exigences du variateur de fréquence, les conditions de fonctionnement et les risques environnementaux éventuels. 

Adaptez les spécifications du câble aux exigences du variateur de vitesse. Le câble doit être capable de supporter la tension de crête de votre système d’entraînement. Pour les applications à variateur de fréquence, cela implique des câbles de 600 V, 1 kV, voire 2 kV, afin de résister aux pics de tension.

La section du conducteur est également importante. Le choix d’une section appropriée est essentiel pour garantir une chute de tension et une perte de puissance minimales. Le choix de la section dépendra souvent des courants nominaux du moteur ainsi que de la longueur de câble requise. Les câbles pour variateurs de fréquence sont dotés d’un blindage — tresse de cuivre, feuille d’aluminium ou matériau composite — pour bloquer les interférences électromagnétiques (EMI). 

L’environnement joue un rôle déterminant dans votre décision. Vous devrez choisir des câbles adaptés à une plage de température appropriée. En cas d’exposition à la chaleur, les câbles pour variateurs de fréquence à isolation XLPE constituent souvent le meilleur choix. Dans les environnements exposés à des produits chimiques et à l’huile (par exemple, les secteurs pétrolier, gazier, agroalimentaire ou automobile), les câbles devront être dotés d’une gaine en PVC ou en TPE pour assurer leur protection. L’exposition aux UV doit également être prise en compte pour les câbles utilisés en extérieur. 

Les câbles pour variateurs de fréquence doivent répondre à vos besoins en matière de flexibilité et de rayon de courbure. Les câbles sont souvent installés dans des espaces restreints ou dans des applications dynamiques où la flexibilité et la liberté de mouvement sont essentielles. Vos câbles pour variateurs de fréquence doivent contribuer à atténuer la distorsion harmonique et à protéger contre les interférences électromagnétiques (EMI) et les perturbations du système.

Si vous avez besoin d’aide pour choisir le câble pour variateur de fréquence adapté afin de minimiser les interférences et de garantir des performances fiables de votre système d’entraînement de moteur, contactez IEWC. Nos experts en câbles et fils peuvent vous aider à trouver le câble le mieux adapté pour optimiser la sécurité et l’efficacité de vos applications d’automatisation industrielle.