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Siemens C98043-A7004-L1 | SIMOREG DC-MASTER 6RA70 Carte d'alimentation de champ — Contrôle d'excitation de moteur CC

Numéro de pièce : C98043-A7004-L1

Référence alternative : 6RY1703-0EA01

Fabricant : Siemens AG (Allemagne)

Type de produit : Carte d'alimentation de champ (FSB) — Contrôle d'excitation de moteur CC 

Aperçu

Le C98043-A7004-L1 est la carte d'alimentation de champ pour les convertisseurs de commande CC Siemens SIMOREG DC-MASTER 6RA70. Dans un moteur CC à excitation séparée — le type utilisé dans les applications de commande à vitesse variable haute performance — l'enroulement de champ établit le flux magnétique dans le stator du moteur.

L'enroulement d'induit interagit avec ce flux pour produire du couple. Le contrôle du courant de champ consiste donc à contrôler l'une des deux variables fondamentales du fonctionnement du moteur CC.

Le C98043-A7004-L1 est la carte qui gère ce courant de champ. Elle contient le pont à thyristors et les circuits de commande de la section convertisseur de champ du variateur 6RA70, convertissant la tension d'alimentation de champ CA monophasée en une sortie CC précisément contrôlée pour l'enroulement de champ du moteur.

La carte implémente à la fois la boucle de régulation du courant de champ — maintenant le courant de champ au point de consigne — et la régulation d'affaiblissement de champ qui permet au moteur de fonctionner au-dessus de sa vitesse de base en réduisant le courant de champ à mesure que la vitesse augmente.

L'affaiblissement de champ est ce qui donne aux variateurs CC leur plage de vitesse étendue. En dessous de la vitesse de base, le champ est maintenu au courant nominal et le couple est contrôlé en faisant varier le courant d'induit.

Au-dessus de la vitesse de base, le champ est affaibli — le courant est réduit —, permettant une vitesse plus élevée à un couple maximal réduit. Le C98043-A7004-L1 exécute ce contrôle de champ sur toute la plage de vitesse.

Spécifications clés

Excitation de champ dans les systèmes de commande CC

Le champ magnétique d'un moteur CC à excitation séparée n'est pas permanent — il est créé en faisant passer un courant CC dans l'enroulement de champ. La force de ce champ affecte directement les caractéristiques de performance du moteur.

À champ plein, le moteur développe un couple maximal au courant d'induit nominal. C'est la condition préférée pour le fonctionnement à basse vitesse et à couple élevé — les laminoirs, les extrudeuses et les entraînements de procédés lourds fonctionnant à la vitesse de base ou en dessous dépendent de la pleine force de champ.

Lorsque la vitesse augmente au-dessus de la vitesse de base, la tension d'induit dépasserait la sortie maximale du variateur si le champ était maintenu constant. Au lieu de cela, le C98043-A7004-L1 réduit le courant de champ de manière contrôlée — affaiblissement de champ —, permettant au moteur de fonctionner plus rapidement au prix d'un couple maximal réduit.

La courbe couple-vitesse au-dessus de la vitesse de base suit une caractéristique de puissance constante : doublez la vitesse, moitié du couple disponible.

Cette capacité est essentielle pour les applications nécessitant de larges plages de vitesse : les enrouleuses doivent fonctionner à vitesse variable pour maintenir une vitesse de surface constante à mesure que le diamètre du rouleau change ; les bancs d'essai nécessitent une variation de vitesse continue sur une large plage ; les lignes de production fonctionnent à différentes vitesses pour différents produits.

Détection de perte de champ et protection du moteur

L'une des fonctions de sécurité les plus importantes du C98043-A7004-L1 est la détection de perte de champ. Si le courant de champ tombe en dessous d'un seuil défini — en raison d'une défaillance de l'alimentation de champ, d'un circuit ouvert de l'enroulement de champ ou d'un défaut de la carte —, le moteur perd son flux magnétique.

Dans cette condition, le moteur ne peut pas développer de couple contrôlé à partir de son courant d'induit. Dans les cas extrêmes, un moteur sans flux connecté à une alimentation d'induit haute tension peut accélérer de manière incontrôlable.

Le C98043-A7004-L1 surveille le courant de champ en continu.

Une détection confirmée de perte de champ provoque un déclenchement immédiat du variateur, isolant l'alimentation d'induit avant qu'une condition de surrégime dangereuse ne puisse se développer.

Cette fonction de protection fonctionne indépendamment du logiciel de contrôle principal et représente une couche de sécurité matérielle pour l'ensemble du système d'entraînement.

Variante L1 et compatibilité de la carte

Au sein de la série de cartes d'alimentation de champ C98043-A7004, le suffixe L identifie la variante et la révision de la carte. La désignation L1 couvre la configuration standard de la carte d'alimentation de champ adaptée à la majorité des applications de convertisseurs SIMOREG 6RA70 à quadrant unique et à quatre quadrants.

Les variantes ultérieures (L2 et au-delà) ont répondu à des exigences d'application spécifiques ou ont incorporé des améliorations de champ.

Pour la plupart des applications 6RA70 standard, le C98043-A7004-L1 est la carte d'alimentation de champ applicable.

Confirmez la variante par rapport à la configuration matérielle d'origine du variateur ou à l'étiquette de la carte installée avant de vous procurer un remplacement.

Enroulement de champ de moteur CC — Caractéristiques électriques

L'enroulement de champ d'un moteur CC à excitation séparée est une bobine à inductance élevée. Cette inductance a des implications importantes pour la conception de l'alimentation de champ. Lorsque le courant de champ change — que ce soit lors des transitions d'accélération, de décélération ou d'affaiblissement de champ —, l'inductance s'oppose au changement.

La boucle de régulation du C98043-A7004-L1 doit tenir compte de cette inductance pour obtenir un contrôle stable et réactif du courant de champ.

Les constantes de temps du circuit de champ pour les grands moteurs CC peuvent être de l'ordre de quelques secondes. La boucle de régulation de la carte est réglée pour l'inductance et la résistance du champ du moteur, généralement définies lors de la mise en service.

Si le C98043-A7004-L1 est remplacé, vérifiez que les paramètres du régulateur de champ (stockés dans le CUD1) sont appropriés pour le moteur — un réglage incorrect du régulateur de champ peut entraîner une instabilité du courant de champ, un faible montée en courant de champ au démarrage ou une réponse oscillatoire de l'affaiblissement de champ.

FAQ

Q1 : Le variateur 6RA70 affiche F036 (écart trop important entre le point de consigne et la valeur réelle du régulateur de champ). Le C98043-A7004-L1 est-il la source probable du défaut ?

F036 indique que le courant de champ est significativement inférieur au point de consigne commandé. Avant de conclure que le FSB est défaillant, vérifiez la tension d'alimentation CA du champ aux bornes d'alimentation de la carte et vérifiez la résistance de l'enroulement de champ du moteur déconnecté (pour exclure un circuit ouvert ou une résistance élevée de l'enroulement de champ).

Un fusible de champ grillé est également une cause fréquente. 

Si la tension d'alimentation et la résistance de l'enroulement de champ sont confirmées comme normales, le pont à thyristors C98043-A7004-L1 ou son circuit de commande peuvent être défaillants et le remplacement de la carte est nécessaire.

Q2 : Après l'installation d'un remplacement C98043-A7004-L1, le variateur affiche un courant de champ oscillatoire à la vitesse de base. Qu'est-ce qui doit être ajusté ?

Un courant de champ oscillatoire indique généralement que les paramètres de gain ou de constante de temps du régulateur de champ dans le CUD1 ne correspondent pas à l'inductance et à la résistance du champ du moteur. Il s'agit d'un problème de paramètre, pas d'un défaut de la carte.

Accédez aux paramètres du régulateur de champ dans les écrans de mise en service du CUD1 et vérifiez qu'ils correspondent aux caractéristiques du circuit de champ du moteur.

Si le jeu de paramètres d'origine n'a pas été documenté, un auto-réglage du régulateur de champ (si disponible dans la version du firmware) ou un réglage manuel basé sur les données de champ de la plaque signalétique du moteur est nécessaire.

Q3 : La version L1 est en stock mais le variateur avait précédemment une version L2. La L1 est-elle rétrocompatible ?

Dans la série C98043-A7004, la compatibilité des variantes L dépend de la configuration spécifique du convertisseur 6RA70. Pour les applications standard dans la plage de puissance 6RA70, les L1 et L2 diffèrent par des caractéristiques de circuit spécifiques adaptées à différentes plages de tension d'alimentation de champ ou de courants nominaux.

Confirmez que la tension d'alimentation de champ requise (provenant de la plaque signalétique du variateur ou de l'étiquette de la carte installée) correspond aux spécifications de la version L1 avant l'installation.

L'installation d'une variante non conforme peut entraîner des niveaux de courant de champ incorrects.

Q4 : Le moteur fonctionne à deux fois la vitesse de base en utilisant l'affaiblissement de champ. Si le C98043-A7004-L1 tombe en panne dans cette condition, que se passe-t-il ?

Une défaillance de l'alimentation de champ pendant l'affaiblissement de champ provoque un déclenchement immédiat du variateur via le circuit de détection de perte de champ sur la carte — en supposant que la détection de perte de champ fonctionne correctement. L'induit est déconnecté. Avec une détection de perte de champ fonctionnelle, le moteur décélère en toute sécurité.

Si le circuit de détection de perte de champ lui-même est défaillant et ne déclenche pas le variateur, le courant de champ s'effondre tandis que la tension d'induit est maintenue. 

Dans ce scénario, le moteur peut accélérer à des vitesses dangereuses. C'est pourquoi la fonction de protection contre la perte de champ doit être testée périodiquement dans le cadre de la maintenance programmée du variateur.

Q5 : Le variateur 6RA70 est modernisé avec un SINAMICS DCM pour remplacer le matériel SIMOREG vieillissant. Le C98043-A7004-L1 a-t-il un équivalent dans l'architecture SINAMICS DCM ?

Le SINAMICS DCM gère l'excitation de champ en interne — le pont à thyristors de champ et la commande sont intégrés dans l'architecture matérielle du DCM.

Il n'y a pas de carte d'alimentation de champ séparée à spécifier lors de la commande d'un SINAMICS DCM, car cette fonction est intégrée. Lors de la migration de 6RA70 vers SINAMICS DCM, les paramètres de régulation du courant de champ (points de consigne du courant de champ, caractéristique d'affaiblissement de champ) sont re-saisis en tant que paramètres SINAMICS DCM lors de la mise en service. 

L'ancienne documentation des paramètres 6RA70 sert de référence mais nécessite une traduction vers la numérotation des paramètres SINAMICS.