FRA SOLUTIONS A REGENERATION POUR ASCENSEURS REV. C GUIDE AU CHOIX ET AU DIMENSIONNEMENT LA REGENERATION DANS LE DOMAINE DES ASCENSEURS Les moteurs CA utilisés dans les ascenseurs à traction traditionnels se comportent comme des générateurs d’énergie chaque fois qu’ils sont « entraînés » par la charge. Cette situation se produit lorsque la cabine chargée descend ou lorsque la cabine vide monte aux étages supérieurs, deux situations communes pour les ascenseurs. La transformation de l’énergie peut se faire à l’aide de systèmes passifs, avec des résistances de freinage qui transforment l’énergie électrique en chaleur, en la dissipant sans plus aucune possibilité de réutilisation, ou bien à travers des systèmes à régénération, qui transforment l’énergie électrique en énergie propre, avec une teneur en harmoniques très faible et un cosphi unitaire. Dans ces conditions, le système mécanique développe une énergie potentielle que le moteur transforme en énergie électrique. L’énergie “régénérée” peut être réutilisée par d’autres équipements branché sur le secteur, en contribuant ainsi aux économies d’énergie et à l’amélioration du bilan énergétique de l’immeuble. L’énergie produite par le moteur, si elle n’est pas convenablement transformée, peut provoquer des surtensions au niveau des systèmes de commande (généralement, des variateurs). Puissance électrique Consommation Génération Cabine à pleine charge Cabine à pleine charge Cabine à charge réduite Cabine à charge réduite SOLUTIONS EXTERNES OU INTÉGRÉES Les solutions à régénération peuvent être réalisées en utilisant un module d’alimentation externe Active Front End (AFE), associé à la série ADL300, ou bien être intégrées grâce à la série AVRy, où le module de régénération et le variateur sont incorporés dans le même appareil. Les avantages de la solution integrée (AVRy) ● Dimensions réduites ● Dimensionnement optimisé de l’ensemble variateur + unité de régénération ● Unité de régénération partagée pour systèmes Duplex, Triplex, Quadruplex… ● Possibilité d’installation du type add-on sur le variateur existant ● Commande pour moteurs synchrones et asynchrones avec une vaste plage de puissances ● Disponibilité de certifications spécifiques (ex. UL). Les avantages de la solution exterieure (AFE200) 2 SOLUTION A REGENERATION LES AVANTAGES DE LA REGENERATION CONSOMMATION D’ENERGIE REDUITE Ligne 3-ph L’unité régénérative transforme l’énergie électrique produite par le moteur en énergie “propre”, c’est-à-dire exempte d’harmoniques (THD <4%), réutilisable par tous les équipements électriques présents à l’intérieur du bâtiment. Régénération secteur Unité régénérative Alimentation CA Régénération Moteur Moteur CA DES LOCAUX TECHNIQUES OPTIMISES L’utilisation de solutions à régénération permet d’éviter l’installation de résistances de freinage, encombrantes et souvent très lourdes en cas de puissances élevées, qui demandent donc des locaux spacieux et dont la mise en œuvre peut s’avérer complexe. La consommation d’énergie pour le maintien d’une température optimale est un autre facteur important. En effet, la chaleur produite par la dissipation entraîne une forte augmentation de la température dans le local technique, d’où une diminution des performances et une moindre longévité des composants électriques. Cette température doit être gérée à travers des systèmes de ventilation, qui augmentent la consommation d’énergie. DC BUS De nombreux éléments contribuent à l’amélioration de la classe énergétique des bâtiments. Parmi ceux-ci, il y a la consommation d’énergie due aux équipements électriques.. ADL300 AFE200 DES BATIMENTS PLUS PERFORMANTS Cette consommation est en grande partie imputable aux installations de climatisation, aux systèmes de pompage et aux ascenseurs. Là où les profils d’exploitation le justifient, il est possible de faire appel à des solutions à régénération, afin de réduire considérablement les besoins en kWh. Dans certains pays, la solution à régénération permet de bénéficier de fortes déductions fiscales. Transformateur de distribution Eclairage LIGHT Système PUMPINGde pompage SYSTEMS HVAC HVAC Réseau d'alimentation 3ph ADL300 ADL300 ADL300 ADL300 AFE200 AFE200 ADL300 REGENERATION AVEC MODULE EXTERNE AFE200 U V W U V W SYSTEMES SIMPLEX SYSTEMES MULTIPLES L’unité de régénération doit être choisie en prenant en compte le courant nominal du moteur et la surcharge requise. Dans ces solutions, le dimensionnement tient compte du fait que l’unité de régénération doit alimenter toutes les unités d’entraînement qui commandent les moteurs. Le choix de l’unité de régénération doit permettre d’éviter les surdimensionnements et, en fonction des différentes surcharges, d’optimiser le dimensionnement de l’ensemble du système Il est possible de réaliser des solutions à régénération avec des modules externes de la série AFE200 de Gefran pour les systèmes simplex (constitués d’une seule cabine). Il est possible de réaliser des solutions à régénération avec des modules externes de la série AFE200 de Gefran pour les systèmes multiples, constitués de plusieurs cabines (systèmes duplex, triplex, quadruplex). DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DE L’UNITE DE REGENERATION AFE200 Kit Pré-charge Braking Resistor C 6 Idc L1 L2 EMI Filter LCL Filter 5 4 DIMENSIONNEMENT DES SYSTEMES SIMPLEX AFE200 Vdc ADL300 M 2 1 L3 D 3 Fig.1 : Schéma général d’un système de régénération Simplex pDC C pAC IDC VAC L1 L2 L1 VDC V L2 L3 L3 AFE200 D 1. Le moteur. Le choix du moteur est strictement lié aux paramètres de l’installation (charge utile, vitesse, accélération, poids de la cabine et hauteur). Le courant nominal Im et le facteur de puissance cosφm dictent le choix des autres composants du système de régénération. ADL300 Fig.2 : Alimentateur à régénération AFE200 4 • VAC • IM • cos M Le choix de l’unité de régénération doit être dicté par deux critères principaux : faire en sorte que l’alimentation à bus régénératif AFE200 de Gefran soit en mesure de fournir la valeur de courant nécessaire, y compris dans des conditions de surcharge, et éviter tout surdimensionnement inutile. Dimensionner une solution dotée d’une unité de régénération externe signifie dimensionner différentes parties du système. Le schéma général d’un système de régénération Simplex peut être résumé en six éléments (Fig.1) : 2. L’entraînement ADL300 est dimensionné de manière à produire le courant nominal demandé par le moteur. Sa taille doit donc être choisie de façon à ce que le courant nominal de sortie de l’entraînement soit supérieur ou, à la limite, égal au courant nominal du moteur. (Id ≥ Im). L’entraînement sera caractérisé par une efficacité intrinsèque ηd. La solution à régénération ne requiert pas de résistance de freinage. En revanche, les résistances de freinage doivent être SOLUTION A REGENERATION présentes s’il est prévu que le système puisse fonctionner en excluant l’alimentation à bus régénératif (par exemple, en cas de panne), c’est-à-dire en mode non régénératif. 3. L’alimentation à bus régénératif AFE200 doit être capable d’alimenter l’entraînement en lui permettant de fournir au moteur aussi bien le courant nominal que le courant de surcharge. En considérant un circuit électrique équivalent (voir Fig.2), la puissance d’entrée vers l’entraînement Pdc doit correspondre à la puissance de sortie Pac, qui est transmise au moteur en cas de défaillance de l’entraînement. Le courant Idc que l’AFE200 devra transmettre sera lié aux paramètres du moteur. IDC = Drive OVLD 3 * VAC * IM * cosM * AFE200 OVLD VDC * D Choix de l’unité de régénération L’AFE200 soit être choisi de manière à ce que le courant nominal de sortie de l’alimentation à bus régénératif In (DC) en service intensif corresponde au Idc calculé : IN DC (Heavy Duty) = IDC Exemple : Choix du filtre EMI A l’instar du filtre LCL, le filtre EMI doit être dimensionné de manière à tolérer la valeur de courant nominal d’entrée In (AC ) de l’AFE200 en service intensif. Alimentation 400VAC, si le calcul donne Idc = 166A ● ● AFE200-4450-KXX-4 (code S9AF02) : In (dc) = 85A (NON OK) AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03) : In (dc) = 171A (OK) 6. Le kit de pré-charge : Cette fonction consiste à charger les condensateurs présents sur le DC-bus, en évitant les dommages dus aux surintensités. Choix du kit de pré-charge 4. Le filtre LCL : Cette fonction consiste à minimiser les ondulations de courant aux fréquences élevées, susceptibles d’entraîner la surchauffe des équipements électroniques branchés sur le secteur (voir Fig. 3). où : Choix du filtre LCL Vac = Tension secteur Im = Courant nominal du moteur cosφm = Facteur de puissance du moteur ηd = Rendement de l’entraînement ADL300 = 0,97 Vdc = Tension vers la connexion CC. Le choix du filtre LCL est strictement lié à la taille de l’unité AFE200 sélectionnée. Le filtre doit être dimensionné de manière à tolérer la valeur de courant nominal d’entrée In (AC) de l’AFE200 en service intensif. Si Vac = 400V Vdc = 650V Si Vac = 460V Vdc = 750V En règle générale, la Vdc est calculée sous forme de Vac multipliée par le coefficient 1,625. 5. Le filtre EMI : Cette fonction consiste à réduire les émissions menées vers le réseau d’alimentation. Le kit de pré-charge doit être dimensionné en fonction de l’énergie accumulée dans la rangée de condensateurs de l’entraînement. Pour le choix du filtre LCL, du filtre EMI et du kit de pré-charge, se reporter au «Tableau de sélection rapide» suivant. OVLD entraînement = surcharge de l’entraînemen ADL300 tailles 1 – 2 – 3 = 2,0 ADL300 tailles 4 – 5 = 1,8 AFE200 OVLD = surcharge de l’AFE200 (= 1,5). Fig.3 : Forme d’onde avec filtre LCL TABLEAU DE SELECTION RAPIDE EMI Filter Kit de pré-charge PRE-CHARGE KIT-AFE-11-4 (code S728286) PRE-CHARGE KIT-AFE-22/45-4 (code S72828) PRE-CHARGE KIT-AFE-90/132-4 (code S728281) EMI FN3120H-480V-25A EMI FN3120-480-50 (code S7GHE) (code S7DGV) EMI FN3120-480-80 (code S73EE) EMI FN3120-480-230 (code S74EE) EMI FN3359-480-320 (code S7GOH) EMI FN3359-480-400 (code S7GHY) AFE200-2110-KXX-4 (code S9AF29) EMI FN3359-480-600 (code S7GHW) Filtre LCL LCL-Kit-AFE-4-11-HD (code S7LC22) AFE200-3220-KXX-4 (code S9AF01) LCL-Kit-AFE-4-22-HD (code S7LC09) AFE200-4450-KXX-4 (code S9AF02) LCL-Kit-AFE-4-45-HD (code S7LC01) AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03) AFE200-61320-KXX-4 (code S9AF04) LCL-Kit-AFE-4-90-HD (code S7LC02) LCL-Kit-AFE-4-132-HD (code S7LC03) AFE200-71600-KXX-4 (code S9AF05) LCL-Kit-AFE-4-132-LD/160-HD (code S7LC04) AFE200-72000-KXX-4 (code S9AF06) PRE-CHARGE KIT-AFE-160/710-4 (code S728282) Exemple : Si les calculs de dimensionnement indiquent l’AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03), il faudra utiliser les composants suivants : ● Kit de pré-charge : PRE-CHARGE KIT-AFE-90/132-4 (code S728281), ● Filtre LCL : LCL-Kit-AFE-4-90-HD (code S7LC02), ● Filtre EMI : EMI FN3120-480-230 (code S74EE). LCL-Kit-AFE-4-160-LD/200-HD (code S7LC05) LCL-Kit-AFE-4-250-HD AFE200-72500-KXX-4 (code S7LC06) (code S9AF07) AFE200-73150-KXX-4 LCL-Kit-AFE-4-250-LD/315-HD (code S7LC07) (code S9AF08) AFE200-73550-KXX-4 LCL-Kit-AFE-4-315-LD/355-HD (code S7LC08) (code S9AF09) DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DE L’UNITE DE REGENERATION AFE200 DIMENSIONNEMENT DES SYSTEMES MULTIPLES Un système multiple se compose de plusieurs moteurs et entraînements, avec généralement une seule alimentation à bus régénératif (voir Fig.4). Braking Resistor M1 ADL300 Le choix des moteurs, des entraînements, des filtres et du kit de pré-charge doit se faire en prenant l’exemple des systèmes avec une cabine. Pre-Charge Kit L’alimentation à bus régénératif peut être dimensionné en raisonnant en termes de courant et en faisant référence au circuit électrique équivalent (voir Fig.5). 6 L1 L2 EMI Filter LCL Filter 5 4 AFE200 M2 ADL300 L3 L’alimentation à bus régénératif devra alimenter un système constitué de plusieurs cabines. Il devra donc être en mesure de fournir la valeur de courant correcte pour commander l’ensemble du système multiple, dans les conditions nominales comme en cas de surcharge. 3 ADL300 M3 2 1 D C Fig.4 : Schéma général d’un système de régénération multiple pDC C IDC1 C IDC2 C IDC3 VAC L1 VDC V L2 VDC VDC L3 D ADL300 R • VAC • IM1 • cos M1 ADL300 D pAC2 2L pAC1 S T R • VAC • IM2 • cos M2 ADL300 pAC3 S T R 2L D 2L AFE200 S T • VAC • IM3 • cos M3 Fig.5 : Circuit électrique équivalent La valeur Idc, qui dicte le choix de l’AFE200, est calculée comme suit (exemple avec trois cabines) : ● Calcul de Idc (situation défavorable) Il s’agit là de la situation la plus défavorable car l’AFE200 est dimensionné pour alimenter les trois moteurs même en présence d’une surcharge maximale simultanée. ● Calcul de Idc (situation commune) IDC = 3 * VAC Drive OVLD Drive OVLD * (IM1 * cosM1 + IM2 * cosM2 * + IM3 * cosM3 * ) VDC * D AFE200 OVLD AFE200 OVLD Dans ce cas, deux ascenseurs seulement (le deuxième et le troisième) sont censés fonctionner en même temps dans des conditions de surcharge maximale. Pour le choix de la méthode de calcul, prendre en compte le profil d’exploitation de l’installation. Choix de l’unité de régénération L’AFE200 soit être choisi de manière à ce que le courant nominal de sortie de l’alimentation à bus régénératif In (DC) en service intensif corresponde au Idc calculé : IN DC (Heavy Duty) = IDC 6 SOLUTION A REGENERATION Exemple : A partir de la tension d’alimentation, du courant nominal des moteurs et de leurs facteurs de puissance, il est possible de dimensionner le système avec l’unité de régénération illustrée dans la Fig. 6. L’alimentation à bus régénératif AFE200 sélectionné est le suivant : (d’après le tableau de sélection rapide) D’après le calcul du courant : ● IDC = 130A Le filtre LCL sélectionné est : Avec Idc = 130 A ● Les entraînements ADL300 sélectionnés sont les suivants : ● ● ● Filtres et kit de pré-charge ADL300 (M1): ADL300 18,5 kW ADL300 (M2): ADL300 18,5 kW ADL300 (M3): ADL300 22 kW ● ● AFE200-4450-KXX-4 (code S9AF02) : In (dc) = 85A (NON OK) ● AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03) : In (dc) = 171A (OK) LCL-Kit-AFE-4-90-HD (code S7LC02) Le filtre EMI sélectionné est : ● EMI FN3120 - 480 - 230 (code S74EE) Le kit de pré-charge sélectionné est : ● PRE-CHARGE KIT-AFE-90/132-4 (code S728281). Braking Resistor ADL300 M1 • VAC = 400V • IM = 37A • cos M = 0.76 ADL300 M2 • VAC = 400V • IM = 37A • cos M = 0.76 ADL300 M3 • VAC = 400V • IM = 43A • cos M = 0.77 2 1 Pre-Charge Kit 6 L1 L2 EMI Filter LCL Filter 5 4 AFE200 L3 3 C D Fig.6 : Système avec unité de régénération TABLEAU DE SELECTION RAPIDE EMI Filter Kit de pré-charge PRE-CHARGE KIT-AFE-11-4 (code S728286) PRE-CHARGE KIT-AFE-22/45-4 (code S72828) PRE-CHARGE KIT-AFE-90/132-4 (code S728281) EMI FN3120H-480V-25A EMI FN3120-480-50 (code S7GHE) (code S7DGV) EMI FN3120-480-80 (code S73EE) EMI FN3120-480-230 (code S74EE) EMI FN3359-480-320 (code S7GOH) EMI FN3359-480-400 (code S7GHY) AFE200-2110-KXX-4 (code S9AF29) EMI FN3359-480-600 (code S7GHW) Filtre LCL LCL-Kit-AFE-4-11-HD (code S7LC22) AFE200-3220-KXX-4 (code S9AF01) LCL-Kit-AFE-4-22-HD (code S7LC09) AFE200-4450-KXX-4 (code S9AF02) LCL-Kit-AFE-4-45-HD (code S7LC01) AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03) AFE200-61320-KXX-4 (code S9AF04) LCL-Kit-AFE-4-90-HD (code S7LC02) LCL-Kit-AFE-4-132-HD (code S7LC03) AFE200-71600-KXX-4 (code S9AF05) LCL-Kit-AFE-4-132-LD/160-HD (code S7LC04) AFE200-72000-KXX-4 (code S9AF06) PRE-CHARGE KIT-AFE-160/710-4 (code S728282) Exemple : Si les calculs de dimensionnement indiquent l’AFE200-5900-KXX-4 (code S9AF03), il faudra utiliser les composants suivants : ● Kit de pré-charge : PRE-CHARGE KIT-AFE-90/132-4 (code S728281), ● Filtre LCL : LCL-Kit-AFE-4-90-HD (code S7LC02), ● Filtre EMI : EMI FN3120-480-230 (code S74EE). LCL-Kit-AFE-4-160-LD/200-HD (code S7LC05) LCL-Kit-AFE-4-250-HD AFE200-72500-KXX-4 (code S7LC06) (code S9AF07) AFE200-73150-KXX-4 LCL-Kit-AFE-4-250-LD/315-HD (code S7LC07) (code S9AF08) AFE200-73550-KXX-4 LCL-Kit-AFE-4-315-LD/355-HD (code S7LC08) (code S9AF09) GEFRAN BENELUX NV GEFRAN SIEI - ASIA Philipp-Reis-Straße 9a D-63500 Seligenstadt Ph. +49 (0) 61828090 Fax +49 (0) 6182809222 [email protected] ENA 23 Zone 3, nr. 3910 Lammerdries-Zuid 14A B-2250 OLEN Ph. +32 (0) 14248181 Fax +32 (0) 14248180 [email protected] 31 Ubi Road 1 #02-07, Aztech Building, Singapore 408694 Ph. +65 6 8418300 Fax +65 6 7428300 [email protected] SIEI AREG - GERMANY GEFRAN UK Ltd GEFRAN INDIA Gottlieb-Daimler Strasse 17/3 D-74385 Pleidelsheim Ph. +49 (0) 7144 897360 Fax +49 (0) 7144 8973697 [email protected] Clarendon Court Winwick Quay Warrington WA2 8QP Ph. +44 (0) 8452 604555 Fax +44 (0) 8452 604556 [email protected] Survey No. 191/A/1, Chinchwad Station Road, Chinchwad, Pune-411033, Maharashtra Ph. +91 20 6614 6500 Fax +91 20 6614 6501 [email protected] SENSORMATE AG GEFRAN MIDDLE EAST GEFRAN Inc. 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