02 Fonctionnement du bloc puissance.ppt

Automation and Drives
© Siemens AG 2008 - Sous réserve de modifications
SITRAIN
DR-SNS-SI / 2-Composants de puissance Page 1
Composants de puissance et fonctionnalités
07/03/08
Objectifs pédagogiques :
Vous obtenez des informations sur
• les composants de puissance pour la
structuration modulaire des variantes
- Booksize
- Châssis / Cabinet Module
Vous comprenez le mode de fonctionnement
• des modules de puissance côté réseau et
côté moteur

SITRAIN
Vue d'ensemble des composants SINAMICS S120
• Proposé sous la forme d'un
kit modulaire de conception
de systèmes, SINAMICS
S120 offre, dans une large
gamme d'utilisations
industrielles, des solutions
pour des problèmes
d'entraînement exigeants.
• A partir d'une multitude de
composants et de fonctions
conçus pour fonctionner
ensemble, l'utilisateur
élabore avec précision la
combinaison qui répond au
mieux à ses exigences.

SITRAIN
Vue d'ensemble des alimentations 1
Active
Infeed =
=
=
• Active Interface Module (AIM)
• Active Line Module (ALM)
• Raccordement au réseau avec inductance
• Smart Line Module (SLM)
• Raccordement au réseau avec inductance
• Basic Line Module (BLM)
Redresseur IGBT à régulation active
Redresseur IGBT commuté par le réseau
Redresseur B6 commuté par le réseau
Alimentation
CA / CC
Basic
Infeed
Smart
Infeed
IGBT
IGBT
Thyristors
Composants électronique
G130, G150
S120 (option d'alim.)
non
non
élevées
non
Udc non stabilisée
1Q / non stabilisée
Basic Infeed
S150
oui
non
non critiques
oui
Udc stabilisée
4Q / stabilisée
Active Infeed
oui
Réinjection
Udc non stabilisée
Fluctuation réseau
non
Décrochage d'onduleur
élevées
harmoniques
Type d'appareil
non
Compensation d'énergie
4Q / non stabilisée
Mode de fonctionnement
Smart Infeed
Propriété
07/03/08

SITRAIN
Châssis
/
taille
G
h
=
1160
mm
Châssis
/
taille
H
h
=
1460
mm
Vue d'ensemble des alimentations 2
Basic Line Module :
Booksize
400 V 20/40/100 kW
Châssis
400 V 200 – 710 kW
500 / 690 V 250 – 1100 kW
07/03/08
Smart Line Module :
Booksize
400 V 5/10/16/36 kW
Châssis
400 V 250 – 800 kW
500 / 690 V 450 – 1400 kW
Active Line Module :
Booksize
400 V 16/36/55/80/120 kW
Châssis
400 V 132 – 900 kW
500 / 690 V 560 – 1400 kW
Châssis
/
taille
J
Booksize
/
120
kW
h
=
400
mm
h
=
1750
mm
Booksize
/
20
kW
h
=
400
mm

SITRAIN
Conception électrique d'un Basic Line Module / Booksize
par ex. 3ph. 400 V, 50 Hz Tension continue
U
U, f = constant
UDC
CA – CC
U 1
V 1
W 1
U 2
V 2
W2
Redresseur Précharge Freinage
M
Onduleur
RVL
Précharge
Forme du courant
10/03/08
WR
Option
“hacheur
de
freinage“
La précharge d'effectue par des résistances de précharge. Celles-ci sont pontées à l'état "Fonctionnement".

SITRAIN
Conception électrique d'un Basic Line Module / armoire
par ex. 3ph. 400 V, 50 Hz
U
U, f = constant
UDC
CA – CC
U 2
V 2
W2
M
WR
Redressement commandé Circuit intermédiaire Onduleur
U 1
V 1
W 1
10/03/08
Option
"Résistance
pulsée"
La précharge s'effectue par un décalage de l'impulsion d'amorçage.
L'angle d'amorçage a = 0 degré s'applique à l'état "Fonctionnement".
Précharge
Forme du courant
Tension continue
non stabilisée

SITRAIN
Conception électrique d'un Smart / Active Line Module
par ex. 3ph. 400 V, 50 Hz
U
U, f = constant
CA – CC
M
U 2
V 2
W2
Redresseur
Précharge Circuit intermédiaire Onduleur
Non stabilisée
UDC
WR
Précharge
U 1
V 1
W 1
10/03/08
La précharge d'effectue par des résistances de précharge. Celles-ci sont pontées à l'état "Fonctionnement".
Régulé sur consigne
UDC
Courant réseau
SLM
ALM

SITRAIN
Active Line Module : alimentation avec élévation
UU-V
UCI=1,5 URéseau
UU-V
Uind= di/dt
Lors de l'alimentation, l'Active Line Module fonctionne en principe comme un onduleur en
génératrice. Un réseau est raccordé à la place d'un moteur.
Le principal flux de courant en mode alimentation circule par les diodes de roue libre.
1. Deux phases réseau sont mises en court-circuit.
2. Le courant de court-circuit est limité par les
inductances d'élévation.
3. Le champ magnétique de l'inductance agit en
tant qu'accumulateur d'énergie.
4.Le courant de court-circuit est interrompu.
5.Tension d'auto-induction élevée grâce à la
modification rapide du courant au niveau de
l'inductance.
6.La tension d'auto-induction s'ajoute à la tension
réseau actuelle. La somme des deux tensions
dépasse la tension du circuit intermédiaire.
7.Le courant circule vers le circuit intermédiaire.
8.L'opération est répétée après 250 μs (par ex.
pour une fréquence de découpage = 4 kHz).
Principe de fonctionnement simplifié :
10/03/08

SITRAIN
Active Line Module : réinjection / récupération
Lors de l'alimentation, l'Active Line Module fonctionne en principe comme un Motor Module en
fonctionnement en génératice.
Le principal flux de courant lors de la réinjection circule par les transistors.
1.La tension du circuit intermédiaire est
supérieure à la tension réseau en tout moment.
2.L'enclenchement de deux transistors permet de
positionner les rails positif et négatif sur la
phase réseau appropriée.
3.De l'énergie est réinjectée dans le réseau.
4. Pour obtenir une réinjection régulée, l'un des
transistors est désactivé.
5. L'inductance d'élévation amplifie le courant et il
en résulte un circuit de roue libre par la diode en
vis-à-vis.
6. L'opération est répétée après 250 μs (par ex.
pour une fréquence de découpage = 4 kHz).
UU-V
Principe de fonctionnement simplifié :
UCI=1,5 URéseau
10/03/08

SITRAIN
Active Line Module : régulation cos j
Urés.
U.ALM Urés.
U.ALM
u.ALM
Urés.
Z Irés.
Urés. U.ALM
Irés.
Urés.
Irés.
U.ALM Urés.
U.ALM
Urés.
Irés. Urés.
Irés.
ind.
j
Urés.
u.ALM
Z Irés.
Irés.
ind.
j
ind.
j
Iapp.
Urés.
Ieff. = fonction (charge)
Ieff.
Iréact.
p3610
Consigne fixe
de courant réactif
Compensation de
puissance réactive
p3611
Consigne additionnelle
de courant réactif
Régulation cos j
p3510
Consigne de tension
du circuit intermédiaire
10/03/08

SITRAIN
Composants de circuit intermédiaire "Booksize"
Capacitor Module (module de condensateur)
 Sert à l'augmentation de la capacité du circuit intermédiaire pour le pontage
de coupures réseau de courte durée et pour l'absorption de crêtes de
puissance en génératrice
Control Supply Module (alimentation de l'électronique)
 Fournit l'alimentation 24 V CC par le réseau ou par le circuit intermédiaire
Braking Module (unité de freinage et résistance de freinage)
 Le module fonctionne de façon autonome
 Lorsqu'il entre en action, l'énergie du circuit intermédiaire est transformée
en chaleur dissipée par une résistance de freinage externe
 Seuil de réponse : 770 V CC (non réglable)
Puissance de freinage : 1,5 kW en continu / 100 kW en pointe
Résistances de freinage : 0,3 / 25 kW et 1,5 / 100 kW
07/03/08

SITRAIN
Formation des condensateurs électrochimiques du CI
MARCHE MARCHE
10/03/08
Taille C a F
Tension
en %
Sans tension depuis moins d’un an pas de pré charge requise
Sans tension depuis 1 à 2 ans mettre en charge durant une heure
Sans tension depuis 2 à 3 ans suivre la courbe en pointillé
Sans tension depuis 2 à 3 ans suivre la courbe en bleu
temps

SITRAIN
Motor Module / version Châssis
FS FX FS GX FS JX
FS HX
Caractéristiques principales :
 version compacte grâce à des puissances volumiques élevées
 alimentation 24 V CC intégrée à partir de U.CI
 LED de diagnostic
 résistant aux courts-circuits et aux courts-circuits à la terre
 fonctions Safety Integrated "Arrêt sûr"
 hacheur de freinage intégrable directement dans le variateur
 connexion directe pour la sonde thermométrique KTY 84 / PTC
510 – 750 V CC (380 – 480 V CA)
210 – 1405 A
675 – 1035 V CC (500 – 690 V CA)
85 – 1270 A
Refroidissement
par air
07/03/08

SITRAIN
Refroidissement par eau / version Châssis
Radiateur
Unité de
commande
T
T
T
P
F
p.max = 200 kPa
Circuit de refroidissement fermé en
acier inox ou ABS, qualité eau potable
Filtre
Pompes
p.max
=
600
kPa
07/03/08

SITRAIN
Refroidissement par air et par eau / version Booksize
Refroidissement
interne par air
Refroidissement
externe par air
Refroidissement
Cold Plate
 Ventilateurs et ailettes de
raditeur intégrés au
module
 Utilisation pour armoire
avec ventilateurs
 Ailettes de radiateur montées
à l'arrière du module
 Refroidissement en
dehors de l'armoire
 Le mode de refroidissement
requiert un évidement sur le
panneau arrière de montage
 Ventilateurs externes
 Module sans ventilateur
avec panneau arrière plat
 Refroidissement par pont
thermique vers plaque de
refroidissement externe
 En option : éléments de
radiateur pour refroidissement
par liquide
07/03/08

SITRAIN
Conception électrique d'un Motor Module
U 2
V 2
W2
UDC
U
U, f = variable
CC - CA
M
constant
La valeur efficace de la tension de sortie de l'onduleur est formée par la modulation de la largeur d'impulsion de la
tension de circuit intermédiaire (modulation du vecteur tension, modulation latérale).
Par principe, les Motor Modules sont exploitables en 4Q : champ tournant à droite et champ tournant à gauche,
entraînement et freinage.
moteur (entraîner)
moteur (entraîner)
génératrice (freiner)
génératrice (freiner)
I
II
III IV
M
n
10/03/08
Circuit intermédiaire Onduleur

SITRAIN
Principe de fonctionnement de l'onduleur à 2 points
Tension de phase
UL1 onduleur
Tension de phase
UL2 onduleur
Tension composée
UL12 onduleur
(UL1 – UL2)
timp. timp. timp. timp. timp. timp.
Etat de
commu-
tation
N° commutateur
(X = fermé)
Potentiel aux
bornes du moteur
Vecteur de tension
résultant
1 X
1 2 3 4 5 6
X X Z1
2 X X X
Z2
3 X X X Z3
X X X
Z0
Réglage
spécial
X X X
+ +
-
+
+
+
+
+ +
-
-
-
-
-
-
L1
L3
L2
Z1
Z6
Z5
Z4
Z3
Z2
Ud
UL1 UL3
1 2 3
4 5 6
10/03/08

SITRAIN
Modulation du vecteur tension / Principe
t
u(t)
Z1
Z6
Z5
Z4
Z3
Z2
t
Z1
t
Z2
Orientation de vecteur résultante : 15 degrés
Tension résultante : soit 60 %
timp.
t
Z2
t
Z1
timp.
t
Z1
t
Z2
timp.
Z1
Z2
10/03/08

SITRAIN
Modulation du vecteur tension / exemple d'oscillogramme
0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms
0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms
0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms 0.5 ms
10/03/08

SITRAIN
Modulation latérale
Modulation du vecteur tension
Tension de sortie du variateur
Valeur moyenne de tension
Modulation latérale
Tension de sortie du variateur
Valeur moyenne de tension
La modulation latérale permet d'élever la valeur effective de la tension de sortie de 5 % par rapport à la
modulation du vecteur tension (ML : 0,72 * U.CI / MVS : 0,67 * U.CI).
En cas de montage en parallèle ou de filtre sinus en sortie, la modulation latérale ne peut PAS être utilisée.
10/03/08
u.eff = 360 V
u.eff = 240 V
u.eff = 150 V

SITRAIN
Tension de sortie atteignable
 La tension de sortie maximale est déterminée par la tension du circuit intermédiaire et le degré de
modulation de l'onduleur.
 La valeur de la tension du circuit intermédiaire dépend du redresseur utilisé côté réseau.
 Les valeurs suivantes s'appliquent au Basic Line Module et au Smart Line Module ainsi que pour
G130/G150 :
U.CI = 1,32...1,41 * Urés. pour p0210 = 380 – 480 V CA
 Pour l'Active Line Module / Booksize :
U.CI = 600 V CC pour p0210 = 380 – 400 V CA / Active Mode [U.CIp3510]
U.CI = 625 V CC pour p0210 = 401 – 415 VCA / Active Mode [U.CIp3510]
U.CI = 1,32...1,41 * Urés. pour p0210 = 416 – 480 VCA / Smart Mode
p3510 = 1,42 à 2,0 * p0210
 Pour l'Active Line Module / Châssis et pour S150 :
U.CI = 1,5 * Urés. pour p0210 = 380 – 480 VCA / p3510 = 1,42 à 1,6 * p0210
 Le degré de modulation maximal autorisé est déterminé par le type de fonctionnement du Motor Module.
 La valeur suivante s'applique pour le type de fonctionnement Servo (S120 / modulation du vecteur
tension uniquement)
U.A.max.eff = 0,67 * U.CI
 Pour le type de fonctionnement Vector (S120, G150, S150 / modulation du vecteur tension et
modulation latérale)
U.A.max.eff = 0,72 * U.CI à partir du FW V2.3 et réf. MLFB CIB ....-3
(à partir de la version d'appareil M)
10/03/08

SITRAIN
Fréquences de découpage et
formes d'impulsion / ALM, MM
Modulation "Flat-Top 60"
Active Line Module
Modulation latérale Modulation du vecteur tension
Motor Module
Fréquence de
découpage (kHz)
1,25 8
400 / 125 ms
400 ms
400 ms
250 ms
1,25 kHz (.... 2,5 kHz)
2,0 / 4,0 kHz
C (400 V)
2,5 / 4,0 kHz (.... 16 kHz)
1,25 kHz (.... 2,5 kHz)
2,0 kHz (.... 4,0 kHz)
Fréquence de
commutation
Motor Module
8,0 kHz
Booksize
4,0 kHz
B (690 V)
4,0 kHz
A (400 V)
Fréquence de
commutation
Active Line Module
Type
d'appareil
Temps de
cycle du rég.
de courant
Types d'appareil Châssis A : 110 - 250 kW B : 75 - 1200 kW C : 315 - 800 kW
10/03/08
Une réduction du courant (déclassement) de 95 % à 72 % est réglée automatiquement en fonction de la partie
puissance et de la fréquence de découpage.

SITRAIN
Effets (négatifs) sur la modulation de la largeur d'impulsion
4. Les phénomènes d'inversion de charge dans
la câble moteur
> requièrent des inductances ou des filtres de sortie
pour les câbles de grande longueur
5. Les réflexions de tension
> augmentent la charge de l'isolation du moteur
6. Les courants dans les paliers
> requièrent à partir de la taille 250 un palier isolé côté N
Les bruits peuvent être réduits
(éliminés) par une fréquence de
découpage plus élevée, mais ceci
entraîne des pertes par commutation
dans la partie puissance.
1. Bruits 3. Exigences CEM
> Des câbles moteur blindés et installés avec soin sont requis
prise en compte des règles de montage et de mise à la terre
t
IA
2. Ondulation du courant moteur
> Moteurs asynchrones normalisés chauffent
d'env. 10 K de plus (autorisé pour les moteurs
Siemens)
> Les servomoteurs sont conçus pour cela
> L'ondulation de couple est sans importance
10/03/08

SITRAIN
Influence de la capacité des câbles
M
Schéma équivalent d'un câble d'alimentation
avec résistances et capacités parasitaires
 La capacité des câbles moteur s'accroît avec leur longueur.
 Les modulations des MLI agissent sur les courants d'inversion de charge qui se superposent sur le courant
moteur proprement dit et imposent une charge supplémentaire sur le variateur.
 Les câbles blindés présentent une capacité parasitaire jusqu'à 50 % plus élevée.
 Afin d'éviter une coupure du variateur pour cause de surtension due aux phénomènes d'inversion de
charge, les longueurs de câble maximales indiquées doivent être respectées ou des inductances ou
filtres doivent être utilisés.
Courant de sortie du variateur :
I
t
U
t
Tension de sortie du variateur :
Câble
blindé
Câble non blindé
dans chemin de câbles
Remarque *1 : deux inductances en série pour les câbles plus longs
Tension moteur :
U
t
450 m
300 m
Tous les appareils *1
Type de câble
Longueur maximale de câble
non blindé
(NYY)
blindé
(NYCWY)
10/03/08

SITRAIN
Longueurs maximales de câble / Châssis, armoire
Câbles DRIVE-CLiQ
 En standard dans l'armoire 70 m
 MOTION-CONNECT 500 100 m
 MOTION-CONNECT 800 50 m
Câble d'alimentation Châssis / armoire
- avec inductance
 blindé 300 m (525 m) 2)
 non blindé 450 m (785 m) 2)
- sans inductance
 blindé 300 m (630 m) 1)
 non blindé 450 m (850 m) 1)
Câble de capteur
 Capteur SMC10 : Résolveur 130 m pour les résolveurs bipolaires :
50 m pour les résolveurs multipolaires :
 Capteur SMC20 : Sin/Cos, absolu 100 m
 Capteur SMC30 : HTL, TTL 100 m
HTL avec A+/A- .. 300 m
2) Lorsque deux inductances sont montées en série, la deuxième ne peut être qu'installée en dehors de l'armoire
1) Avec "filtre du/dt + VPL" (Voltage Peak Limiter) en tant que filtre de sortie
10/03/08

SITRAIN
Longueurs de câble maximales / Booksize
Longueur de câble
Courant
nominal
50 m 100 m 150 m 200 m >=250 m
3 A, 5 A toujours autorisé Utiliser le module 9 A
non autorisé
non autorisé
9A toujours autorisé Utiliser le module 18 A
18 A
toujours autorisé
150 % de Inom max.
(95 % de Inom max. en
régime continu)
Utiliser le module
30 A
Utiliser le module
30 A
30 A
toujours autorisé toujours autorisé
135 % de Inom max.
(seulement 90 % en
régime continu)
110 % de Inom max.
(seulement 85 % en
régime continu)
45 A, 60 A
175 % de Inom max.
(seulement 90 % en
régime continu)
150 % de Inom max.
(seulement 85 % en
régime continu)
85 A, 132 A
135 % de Inom max.
(seulement 95 % en
régime continu)
110 % de Inom max.
(seulement 90 % en
régime continu)
200 A
125 % de Inom max.
(seulement 95 % en
régime continu)
110 % de Inom max.
(seulement 90 % en
régime continu)
Avec Active Line Module et inductance réseau haute performance : longueur totale de tous les câbles d'alimentation blindés =
1000 m
Lorsque des inductances sont utilisées, des longueurs de câble de 300 à 900 m indépendantes de la puissance sont possibles.
Néanmoins, l'utilisation d'inductances implique une perte de la dynamique atteignable pour les servomécanismes !
10/03/08

SITRAIN
 Des transformateurs de courant mesurent les trois courants
de phase
 Calcul des valeurs de température selon I2t
 Surveillance de défaut de terre par formation des sommes de
courant
 Calibrage des transformateurs au moyen des données
Powerstack sur le module CIB
Surveillance de la température, modèle thermique
Acquisition de la mesure de courant
Modèle thermique
 Surveillance de la température de la jonction de l'IGBT par le modèle thermique ; le calcul de celle-ci est basé
sur la température mesurée du radiateur ainsi que sur d'autres grandeurs électriques (fréquence de
découpage, tension du circuit intermédiaire et courant de sortie)
 Les températures des différentes parties du moteur (stator, fer, rotor) sont également déterminées
indirectement par un modèle thermique correspondant
Acquisition de la température
 Mesure de la température du radiateur
 Mesure de la température moteur par KTY84 ou PT100
Si les surveillances détectent une surcharge de la partie puissance ou du moteur, l'une des réactions aux
surcharges suivantes se produit en fonction du paramétrage :
 Réduction du courant de sortie (pour régulation vectorielle) ou de la fréquence de sortie (pour caractéristique U/f)
 Pas de réduction, mais coupure sur défaut lorsque le seuil de surcharge est atteint
 Réduction de la fréquence de découpage
Réaction
10/03/08

SITRAIN
Capacité de surcharge (Booksize)
Fonctionnement S1 avec surcharge
Cycle de charge sans pré charge
Cycle de charge S6 avec pré charge
10/03/08

SITRAIN
Capacité de surcharge (Châssis, armoire)
ohne G1_kurz G1_lang G2_kurz G2_lang
Überlast 150% 110% 170% 150%
I_G, A 330 320 320 280 280
Zeit_2, s 300 290 240 290 240
I_Max, A 0 480 352 476 420
Zeit_1, s 0 10 60 10 60
I_N, A 330 327 327 289 313
(500 A)
(700 A)
10 60 300 10 60 300 T [sec.]
I L*110 %
I L*150 %
I H
I N_eff
I H*150 %
I H*160 %
I L
Surcharge élevée pour courant de charge de base IH
160 % pendant 10 s ou 150 % pendant 60 s
Faible surcharge pour courant de charge de base IL
150 % pendant 10 s ou 110 % pendant 60 s
300 s 300 s
Exemple
Exemple : IN = 490 A IL = 477 A  IL * 110 % = 525 A IH * 150 % = 657 A
IH = 438 A  IL * 150 % = 715 A IH * 160 % = 700 A
10/03/08

02 Fonctionnement du bloc puissance.ppt

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à 02 Fonctionnement du bloc puissance.ppt

Similaire à 02 Fonctionnement du bloc puissance.ppt (20)

02 Fonctionnement du bloc puissance.ppt

Notes de l'éditeur